低共熔溶剂对马尾松木质纤维素的溶解性能研究

1.引言

自18世纪，英国的第一台蒸汽机拉开人类种群工业革命的序幕后，人类的命运便和工业生产紧紧交缠在一起。彼时，人类初识年轻的化工产业和不成熟的工艺条件，不惜以牺牲生态环境为代价谋求自身的发展、国力的壮大。时至今日，传统资源如石油的日益紧缺和工业生产所带来的环境污染等一系列问题拉响了警报,使更多人意识到发展绿色化学的重要性，并将目光转移到其他资源的研究和开发上。其中,煤、天然气和生物质最为引人关注。在这三种资源中，木质纤维素生物质又以其庞大的数量、可再生性和二氧化碳中性而成为研究的热点，目前已被应用于燃料乙醇、耐水腻子粉、外墙保温浆、矿物砂浆、瓷砖粘结剂、墙面砂浆、PVC过滤及浮雕涂料等多个方面。

一直以来，木质纤维素的传统溶剂都存在着较大的弊端，主要体现在两个方面：其一，传统制取木质纤维素溶解样品的方法如溶剂萃取、酶处理等，都会在不同程度上破坏木质纤维素的组分构成而导致样品不具全面性、代表性，造成对研究分析的影响、对该组分投入生产利用的阻碍；其二，在化学研究中，要想将一种物质从其他物质中分离再生进行研究或使其发生反应，往往需要液体介质作溶剂进行辅助。而传统的溶剂部分存在着回收效率低、不可再生、有毒性等不足，因此，在溶解体系中减少溶剂的用量甚至采用无溶剂体系，或选用含不燃性，非挥发性，无毒性和成本低等优点的“绿色溶剂”代替挥发性有机溶剂，便成为目前解决传统溶剂弊端问题的主要途径。

低共熔溶剂（DES）是近年来出现的一种前景辽阔的绿色溶剂，能很好的满足上述对于绿色溶剂的要求，其凭借更高的配比灵活性、更低廉的成本、更温和的反应条件及环境友好性，有望成为木质纤维素传统溶剂的替代物。此外，目前国内外普遍研究的还有另一种木质纤维素溶剂：木质纤维素全溶体系。这两种溶剂体系都将在下文中作简要介绍。

2.新型木质纤维素溶解体系开发的目的与意义

木质纤维素是自然界中最常见的，数量庞大、成本低廉的可再生资源之一。木质纤维素由纤维素、半纤维素、木质素三大组分构成，其中人类利用最广泛的是纤维素，其次是半纤维素，涉足人类生活生产领域最少的是木质素，归结其原因是在于木质纤维素的结构较为复杂，其各组分都含有复杂的空间结构和官能团，其中以木质素为最。要想使某一组分在生产中被最高效最全面地利用并实现环境友好化的目标，对其进行全面的分析研究是必不可少的。常用的方法是将该组分从木质纤维素中单独地分离出来，传统的分离方法如萃取、酶处理等都会在不同程度上破坏该组分的原有结构，使其降解，不利于对组分结构进行分析研究，同时，传统方法也存在着耗时长、成本高、得率低、其余组分回收难等弊端，如此一来，寻找到新型的木质纤维素溶解体系便成为了研究者们的当务之急。

若能找到某种溶剂，使木质纤维素的各组分能在尽可能不破坏其原有结构的前提下，互不干扰地溶于该溶剂中，再根据三大组分的不同性能对需要的组分进行再生分离；或更甚者，可以按实验或生产需求对木质纤维素中的三大组分进行选择性溶解，便能更加高效高质地对木质纤维素进行针对性利用，大大提高这一绿色环保原料的生产效率；在另一方面，若某一溶质能在溶解中得到完好的保存，尽量规避降解、变性现象，这对于该物质在分析及表征其化学性质和组成结构的研究中也起到了正面的影响。总而言之，这种溶剂的研发，无论是对于改善生态环境还是加快向绿色化学迈进的步伐都起着积极的作用。

3.目前国内外已有的木质纤维素溶剂体系