近期，我校生物工程学院孙付保教授研究团队在利用木质纤维素生物质转化为绿色纳米材料方面取得重要进展，研究成果“Biphasic lignocellulose fractionation for staged production of cellulose nanofibers and reactive lignin nanospheres: A comparative study on their microstructures and effects as chitosan film reinforcing”正式发表于Chemical Engineering Journal (一区, Top, IF=16.7)(https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.142881)
碳达峰和碳中和目标已被纳入全球生态文明建设整体布局，我国“十四五”规划已将它列为必须着手推进的一项重点工作。我国每年可利用的农林纤维剩余物高达20亿吨，这为建立绿色低碳可再生能源体系提供坚实的原料保障。所以，木质纤维原料的绿色生物加工制造已迎来前所未有的历史机遇。将木质纤维素生物质转化为高附加值生物基功能材料是推动碳达峰碳中和的最有效方法之一，但其中的预处理成本普遍过高是阻碍其产业化进程的关键技术瓶颈。其主要原因是，预处理过程中溶解的半纤维素和木质素在预处理液中难以有效分离，而且剧烈预处理条件下会发生木质素再聚合副反应降低了木质素品质。
针对以上问题，该研究使用戊醇/对甲苯磺酸双相溶剂构建出高效温和的预处理过程，从而简便有效地分离出溶解组分并有效缓解木质素再缩合，分别用来生产纳米纤维素和木质素纳米球，实现了生物质全组分精炼型增值利用。此外，该研究还利用MD和DFT等进行模拟分析，初步从理论上阐明预处理过程中对甲苯磺酸抑制木质素再缩合以及促进木质素纳米球形成的机理。
图1图形摘要
图2纳米纤维素和木质素纳米球表征及其形成机理
图3对甲苯磺酸与木质素单元的相互作用能量分布
江南大学孙付保教授团队2021级博士后Meysam Madadi为该论文第一作者。上述研究工作得到国家自然科学基金（22278189）以及江苏省卓越博士后人才支持计划等项目的资助。近年来，我校生物工程学院孙付保教授团队在木质纤维原料的绿色生物加工制造方面取得明显进展，相关成果陆续发表在Biotechnology Advances (2023, 62: 108059)、Bioresource Technology (2023, 368: 128356)、Energy Conversion and Management (2022, 251: 114956)、Journal of Cleaner production (2022, 366: 132817)。
