木质纤维素生物质增值的催化转化网络全景图

化石燃料消耗导致大量温室气体排放和严重的气候问题。探索当前化学品和燃料工业生产的可持续替代品势在必行。高效利用木质纤维素生物质替代化石资源是促进现代社会可持续发展的重要途径。

尽管已经探索了许多木质纤维素的增值途径，但大规模的木质纤维素增值仍然受到限制。对此，一组研究人员用四张全景反应网络图总结了木质纤维素选择性制备各种重要产品的催化反应路线、反应类型和关键步骤。

他们还指出了木质纤维素增值过程中的挑战和可能的解决策略。这可以提供相关领域的全景图，并促进可持续和高效的基于木质纤维素的生物精炼厂的发展。这篇综述发表在《工业化学与材料》上。

“用于生产化学品或燃料的木质纤维素的价值化一直是广泛研究的主题，许多在该领域具有专业知识的学者已经对其进行了全面的审查，”通讯作者、科技大学教授张颖说。中国。

“这些评论提供了对所涉及的催化性能和机制的详细见解，这对研究人员有很大帮助。然而，木质纤维素的大规模增值需要科学家、工程师、经济评估人员、企业家和政策制定者的共同努力。因此。，对于刚接触这个领域但又感兴趣的个人来说，更简洁全面的全景视角是很有必要的。”

“这项审查可以促进确定用于从生物质中制备感兴趣的化学品的特定转化部分，并促进大规模生产。因此，我们进行了这项工作，以提供对木质纤维素增值的全面而简明的概述，它可以作为研究人员、政策制定者和行业专业人士等的宝贵资源。”

可再生木质纤维素是一种用途广泛的资源，可用于生产一系列增值化学品。反应路线和生成的产品取决于所使用的原材料。“利用广泛的研究，我们开发了四个全景反应网络图，突出了木质纤维素生物质增值过程中涉及的关键步骤，”张说。

这些图提供了从纤维素到一系列有价值的C2到C6化学品的转化的详细概述，以及以平台分子(例如5-羟基糠醛(HMF)和糠醛)开始或涉及平台分子的反应，这些分子可以转化为功能化合物和航空燃料。该综述还涵盖了木质素的氧化和还原解聚，以及导致各种单体生产的选择性加氢脱氧步骤。

“通过这四张图，我们可以全面了解木质纤维素增值所涉及的反应路线，”张说。

但是我们如何将反应路线与实际应用相结合呢?目前，虽然一些商业和半商业产品，如糠醛、乙酰丙酸、香兰素、HMF和FDCA已成功地从木质纤维素或其主要成分中提取出来，但大多数研究工作仅限于实验室环境。

“只有当木质纤维素生物质生产的化学品的成本与化石燃料的成本相当或更低时，综合生物精炼厂的概念才能成功，”张说。

“目前，鉴于大部分生物质增值研究仍处于早期阶段，研究结果不足以进行技术经济分析。一套衡量资源效率(碳足迹和废物产生)、催化剂性能(选择性、活性)的指标和消费)和产品回收可以作为评估哪些原料、化学和技术值得进一步开发，或确定可能具有工业潜力的初步性能目标的初步指南。”

催化剂的合理设计对于木质纤维素的增值至关重要。据张颖介绍，要成功合成稳定且易于再生的催化剂，准确设计具有高活性和选择性的多功能催化剂，以及深入了解反应机理，必须应对一系列挑战。这些是释放木质纤维素作为宝贵资源的全部潜力的关键。

“这项工作的主要目的是让读者清楚地了解木质纤维素的当前研究和应用，同时强调必须克服的挑战。我们希望它有助于促进创新解决方案的发展，从而有助于通过广泛合作实现化学品和燃料的可持续生产，”张说。