压缩二氧化碳用于离子液体中生物质的再生、生物质复合材料的制备及其作用机制研究

The replacement of fossil resources with biomasses is an irresistable trend of sustainable development. Ionic liquids (ILs) are regarded as promising media for biomass utilization. However, latter separation of biomass from ILs could be a tricky issue. Although biomass can be precipitated from ILs by adding water or alcohol as anti-solvents, it causes difficulties for recycle of ILs since these anti-solvents can't be easily removed from ILs. Herein, compressed CO2 gas is introduced for precipitation of biomass from ILs. On the basis of the systematic study of thermodynamic properties of ILs, co-solvents and biomass systems, specific biomass can be precipitated from ILs by tunning co-solvents, and the temperature and pressure of compressed CO2. Furthermore, the preparation of biomass functional composites can be possible according to this procedure. In this project, studies including theory calculation and experiments involving infrared spectroscopy (IR), nuclear magnetic resonance (NMR) and other spectroscopy methods will be carried out to depict the interactions among ILs, biomass, co-solvents and CO2. These studies will clarify the mechanism of using compressed CO2 for precipitation of biomass from ILs. This project will result in better understanding of biomass utilization and therefore help shift fossil resources-based chemical industry toward sustainability.

用生物质资源替代化石资源是实现可持续发展的必然趋势，离子液体作为生物质利用的介质有应用前景。但是离子液体和生物质很难分离，用水或醇做抗溶剂又产生抗溶剂和离子液体分离的问题。 本项目拟将压缩二氧化碳引入生物质/离子液体体系中，在系统研究并掌握体系的宏观热力学性质的基础上，通过调控共溶剂、温度和二氧化碳压力，实现生物质的分离(再生)，并进一步将该方法应用于制备复合生物质功能材料。拟采用红外、核磁共振、量化计算等实验和理论手段，深入探究离子液体、生物质、共溶剂和二氧化碳的分子间相互作用，阐明生物质溶解以及利用二氧化碳从离子液体中分离（再生）生物质的微观作用机制。 本项目的研究将为生物质的利用提供新的认识，促进建立在化石资源基础上不可持续的能源和化学工业向可持续能源和化学工业的转化。

绿色溶剂离子液体和可再生资源生物质都是绿色化学的重要研究内容，用离子液体高值化生物质有巨大的应用潜力。设计合成新型绿色溶剂，研究生物质资源的溶解分离和转化，以及绿色溶剂在新能源和环境领域的应用，既有学术价值，也有应用潜力，对于促进绿色和可持续发展，减缓温室效应非常重要。. 在本项目的支持下，我们取得了如下进展。. 1. 用CO2调控在离子液体中形成生物质基催化剂，开辟了一条利用压缩CO2辅助可控制备均匀高度分散的生物质／金属催化剂的新途径；利用压缩CO2从离子液体中萃取分离生物质在离子液体中的转化产物，提出了将生物质转化产物从离子液体中分离的新途径；用CO2调节生物质在离子液体中的溶解和再生，研究溶解机理以及离子液体和CO2的分子间相互作用；利用压缩CO2调控类离子液体硫醇-胺体系性质；合成新型生物质基的催化剂，实现了碳水化合物转化为生物质平台化合物以及生物质平台化合物转化以及CO2的转化。 . 2. 设计合成了：低共熔溶剂（DESs）用于核废料碘的处理；非质子型可蒸馏离子液体用于稀土分离；基于生物质衍生物γ-戊内酯的溶剂溶解工业木质素；聚乙二醇化类离子液体应用于电化学；聚乙二醇化低共熔溶剂用于合成金属硫化物；基于有机碱和硫脲的DESs在低温下电沉积铝，并能用于溶液处理半导体；低共熔蛋白质变性溶剂从蚕丝中提取可控直径的蚕丝纤维，应用于储能装置和环境工程；在离子液体中实现黑磷的大尺度高效液相剥离。. 3. 利用二维相关光谱技术研究了离子液体的吸水性以及离子对水结构的特殊作用；系统研究并综述了离子液体和DESs的电化学稳定性和化学稳定性。. 总而言之，本项目关于生物质高值化利用，新型绿色溶剂设计合成、性质研究、分子间相互作用、以及其在能源和环境领域的应用的研究对于加深对绿色溶剂的认识，促进绿色化学的发展，推动人类社会的可持续进步作出了贡献。