基于γ-戊内酯的木质素溶解体系构建以及木质素在其中溶解的规律和机理研究

Lignin is a renewable and abundant biomass resource. Its efficient utilization may provide a new way to solve the problem of resources and energy. The development of novel and tunable solvent systems for lignin is the key point for its highly valuable application. .In this project, a new kind of solvent system composed by γ-valerolactone (GVL) derived from lignocellulose with several common solvents such as H2O, polar aprotic organic solvents and ionic liquids and the dissolution mechanism of lignin in these solvent systems will be extensively investigated. The relationships between the physiochemical properties, solvation ability and the solubility of lignin and the composition, concentration and temperature of the GVL-based solvent systems will be also characterized. Finally, the change of entropy, enthalpy and Gibbs free energy in the dissolution process and the microscopic interactions among the solvents and between solvent and lignin molecules will be discussed in order to reveal the dissolution mechanism of lignin in GVL-based solvent systems. .The research in this project may provide several types of novel solvent systems for lignin dissolution and further afford scientific basis for the choice of solvents in the processes of highly valuable utilization of lignin.

木质素是储量丰富的可再生生物质资源，其有效利用将为解决人类所面临的资源和能源问题提供新途径。新型可调控木质素溶解体系的构建是木质素高值化应用的关键科学问题。.本项目拟选择衍生于木质纤维素的γ-戊内酯与水、非质子极性有机溶剂、离子液体等构建溶剂体系，研究木质素在其中的溶解。阐明γ-戊内酯溶剂体系的相关物理化学性质、溶剂化能力以及木质素在这些溶剂体系中的溶解情况随溶液组份、浓度和温度变化的规律。通过研究木质素溶解过程中的熵、焓、吉布斯自由能的变化以及溶剂/溶剂分子之间、木质素/溶剂分子之间的微观相互作用，揭示木质素在γ-戊内酯溶剂体系中的溶解机制。.本项目的研究将为木质素提供多种新的溶剂体系，进而为木质素的高值化转化和利用过程中溶剂的选择提供坚实的理论基础。

设计了基于生物质衍生物γ-戊内酯（GVL）和一种共溶剂（水，离子液体，DMSO和DMF）组成的二元溶剂用于高效溶解各种工业木质素，GVL中助溶剂的含量显著影响木质素的溶解度。木质素的溶解度与溶剂的氢键碱度参数β值之间的关系取决于溶剂和木质素，这澄清了现有的争议。另外，通过添加乙醇可以容易地回收溶解的木质素，而其结构没有显着变化。这种溶剂体系不仅温和高效，而且多功能且可调控（具有不同的组分和浓度），因此适应木质素的高度多样性。利用该体系剥离生成超稳定的、高浓度的二维氮化碳。用生物质来源的植酸等形成了多种催化剂，用于生物质及其平台化合物的催化转化。本项目关于生物质的溶解分离和转化的工作对于高效利用可再生生物质资源，促进绿色发展，缓解化石资源短缺，缓解温室效应具有重要参考价值。.形成聚乙二醇化的离子液体和聚乙二醇包二氧化碳乳液，并研究其应用。研究离子和分子化合物的氢键和卤键相互作用，研究各种离子对水溶液局域环境的影响，发现BPO4/KI能高效催化CO2转化，产率很高 (93-99%)。发现DESs受热后呈现出分阶段失重的现象，参与撰写关于离子液体稳定性的综述。.本项目在绿色溶剂体系的开发、性质、分子间相互作用和应用研究方面取得的进展，在科学研究和化工设计中设计使用选择高效经济的绿色溶剂体系具有重要参考价值。