Rinaldi课题组Joule：生物质制燃料的新思路—纤维素制氢精炼木质素

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前言：

2018年4月9日，Joule在线发表了Rinaldi课题组在生物质领域的最新研究成果。该工作提出了一种全新的以木质素精炼为主，辅以纤维素制氢的思路。通过该思路，可以在不使用额外原材料的条件下，直接通过精炼生物质得到高质量的燃料。该精炼路线适用于大多数现有的生物质原料。论文第一作者为现在马普煤炭研究所工作的曹正文博士，论文通讯作者为帝国理工大学：Dr. Roberto Rinaldi。

背景介绍：

木质素是一种大量存在的具有天然芳香环结构的再生资源。但由于其结构的复杂性，这一重要资源并未被充分利用。近年来，Rinaldi课题组提出了一系列有效降解木质素（Early-stage Catalytic Conversion of Lignin, ECCL），以及利用木质素的方法。这些研究成果大大提高了生物质中的木质素的分离与降解效率，同时以Pulp的形式保留纤维素和半纤维素。该系列研究成果成为实现高效，合理使用木质素这一重要绿色能源的契机。

本文亮点：

    本文主要提出了一种基于木质素精炼制取高品质燃料的流程。鉴于精炼木质素通常需要大量氢气，作者大胆提出了使用纤维素以及半纤维素气化制取精炼所需的氢气。作者通过试验和计算发现通过现有的技术，对大多数的生物质原料来说，不需要从其他手段获得精炼所需的氢气，籍此，可以摆脱精炼过程对化石氢气的依赖。以白杨木和云杉木为例，通过ECCL，气化制氢以及加氢过程，可以得到高质量的燃料以及芳香烃等化工原料。由于木质素的单体一般为碳数为9的碳氢化合物，得到的产物主要为碳数6-10的类汽油产物以及碳数为14-20的类柴油产物。这意味着得到的产物可以直接作为燃料使用，并且产物分离的成本也会相对低廉，进一步增加了这一过程的工业化前景。

图1. 通过ECCL，气化制氢以及加氢脱氧三个步骤的有效结合，在不需要其它原料的条件下，通过加氢条件的变化得到高质量的燃料或芳香烃化工原料

全文小结：

1.作者以不同以往的思路，从木质素出发，提出了一种“自给自足”的生物质精炼到燃料及化学产品的路线。

2.由于木质素在生物质中的含量相对较高（30%），并且其含碳量相对高，通过本文介绍的针对木质素设计的精炼方法，所得到的生物燃料或化工原料无论从产率还是质量上，都明显优于其它已有路线（包括生物乙醇路线，或者气化费托合成）。

作者介绍：

Roberto Rinaldi，英国皇家化学会会士（FRSC），帝国理工大学Senior Lecture。2010年获得洪堡Sofja-Kovalevskaja奖资助，2014年获得Willi KeimPrize，2016年获得ERC资助。

主要研究方向为：生物制精炼，异相催化。

课题组链接：https://www.imperial.ac.uk/people/r.rinaldi-sobrinho

曹正文博士，2013年获得国家优秀自费留学生奖，2016年获得16届国际催化大会Young Scientist Prize。主要研究方向为：膜催化，生物制转化等。