基于组分分离的生物质高值化转化研究

Biomass is the most promising alternative of the fossil energy resources, but the current biomass refining technology is not so perfect. In this study a new way of biomass refining that based on ionic liquid/solvent/water is designed. Ionic liquids with strong hydrogen bonds are used to separate lignocellulose biomass, with the achievements of the different compounds of lignocellulose biomass, such as cellulose, lignin and sugars, with high purities. According to the high soluble ability of cellulose, lignin and sugars in ionic liquid, some methods are found to convert them in ionic liquid to high-value products. For example, sugars are converted to high value slid fuel, carbon, via hydrothermal conversion. After the separation of products, ionic liquid/solvent is recovered. This way of biomass refining guarantees the simplification of the separation and conversion of biomass, and the low energy-cost, the low pollution, and the high efficiency. The contents of this study include: the design of the mixture of ionic liquids and other solvents for the optimization of biomass separation; the conversion of biomass compounds in ionic liquid for high-value using; the recycling of ionic liquid. The experiments and mechanism research of this way will support the high-efficiency using of the biomass energy for our country with theories and technologies.

生物质是未来石油资源最具前景的替代物之一，但目前生物质的转化和利用技术尚有待改进。本项目针对生物质转化和利用过程中存在的效率低和高价值产品收率低的问题，提出了基于组分分离的生物质炼制新思路。通过离子液体/溶剂/水体系的设计，利用体系的强氢键和溶剂效应，将生物质三大组分高效分离，获得高纯度的产物（如纤维素），木质素降解后转化为芳基化合物，溶解于离子液体体系的产物转化为固体燃料并与离子液体/溶剂分离，离子液体/溶剂被回收并循环使用。主要研究内容包括：设计新型离子液体/溶剂/水体系；探索该体系中生物质组分分离的规律；研究生物质组分在该体系中高值化利用的途径和机理；研究离子液体/溶剂/水体系高效回收循环使用的方法和工艺条件。通过实验与机理的深入研究，建立基于组分分离的生物质分离与高值化利用新方法，为我国生物质转化技术的开发提供理论和技术指导。

开展生物质高效转化的基础研究，将会促进生物质资源的高值化利用技术的革新，对于建设资源节约型和环境友好型社会具有重要意义。.本项目针对生物质转化和利用过程中存在的效率低和高价值产品收率低的问题，提出了基于组分分离的生物质炼制新思路。按照计划开展以下4个方面的研究工作：（1）离子液体/溶剂/水体系的设计及生物质三组分溶解机理的研究；（2）纤维素和木质素分离工艺优化研究；（3）木质素的分离及芳基化合物制备研究；（4）离子液体/溶剂的回收及循环利用方法研究。圆满完成了研究任务，建立了生物质组分分离和高值化新方法，优化了生物质三大组分分离工艺，在较优的条件下，分离的纤维素纯度为92.6%，木质素的纯度为96.3%，三大组分的有效利用率达 83.4%，超额完成了研究目标。.本项目的创新点在于创立了一种基于生物质组分分离的木质纤维素类生物质炼制新路线：先结合溶剂理论对基于离子液体的混合溶剂进行设计，并利用该溶剂对木质纤维素进行分离，获得高纯度的分离产物，沉淀分离的产物被高值化利用，溶解于离子液体中的产物则被催化转化为高值产物并分离，离子液体/溶剂得到高效回收并循环使用。取得的成果显示了良好的应用前景和经济价值。.研究期间发表高水平研究论文18篇，授权专利3件，培养博士生5，硕士生4名，全面超额完成了合同目标。