氮磷共掺杂催化剂在“木质素优先”解聚中的应用
——文献综述
摘要：木质素是生物质的三大组成成分之一，在自然界中的储量丰富。木质素由多个苯丙烷结构单元组成，是一种复杂酚类聚合物，是自然界中唯一能直接提供芳环的可再生资源。但是由于技术条件的限制，木质素尚未得到较成熟的利用，大部分工业木质素被直接烧掉，作为低热值燃料，木质素还有更高的价值。木质素的氢解是木质素利用种一种很有前景的方式，催化解聚的产物有芳烃、环烷烃、烷烃等高品位生物燃油，以及酚类等高附加值芳香类精细化学品等，具有很高的工业价值和研究价值如何高效利用木质素，是人类亟待解决的重要问题。
关键字：木质素优先；催化氢解；多相金属催化剂；掺杂
1.1木质素概述
我国目前的能源利用状况主要还停留在如煤、石油、天然气这些常规能源的使用上，然而，化石燃料储量的日益消耗和其在使用过程中带来的环境污染问题促使着人类对新能源的不断探索与创新。近年来，生物质能因其可再生、资源丰富等优点在能源结构可以发挥重要作用，被认为是次于煤、石油、天然气的“第四大能源”。特别是在我国，农林生物质资源十分丰富，引起了广泛关注和研究。
农林生物质的主要成分为三大素：纤维素、半纤维素、木质素。目前，纤维素和半纤维素的研究已经成熟，但由于木质素的三维结构不确定，木质素的使用仍只局限于实验室中。然而木质素潜在的利用价值巨大，它是自然界中含量第二的聚合物，仅次于纤维素[[1]]。同时木质素也是含量最多的的可再生芳香资源。作为具有独特结构的芳香族环的生物能源，它含量丰富、价格低廉且可再生。通过将木质素解聚从而分解成小分子化合物，转化为可用的化学源，这日益成为我们研究的焦点[[2]]。
木质素是由三种醇单体（如图1所示）形成的一种复杂酚类聚合物。到目前为止，木质素的高值化利用一直备受关注。大多数木质素的利用多在芳香族化合物的提炼和制备精细化学品等领域。通过加氢脱氧反应或高温氧化解聚等手段，可以制备出如高热值生物油等具有很高利用价值的化学品[[3]]。木质素因其特殊化学结构与碳氢比，预计将成为生物柴油的主要再生原料[[4]]；木质素富含的酚羟基使得其可以制备在香料和医药行业需求量极大的酚类化合物[[5]]。木质素在高分子材料、树脂、碳纤维、活性炭等领域也有很大的应用潜力[[6]]，也可以将部分石油原料替换为木质素基聚合物材料，如树脂、泡沫和薄膜，实现对木质素的有效利用[[7]]。
图1-1 木质素三个典型的丙基苯基单元的化学结构
Fig.1-1 Chemical structures of three typical propylphenyl units of lignin
1.2木质素解聚研究现状
木质素的传统解聚方法很多，主要可分为两类，一种是生物酶解法，另一种是化学法[[8]]，其本质都是将木质素结构单元之间的某些键合打破，从而生成如酚类单体等小分子化合物。在众多解聚方法中，化学方法的研究和使用更加深入。根据木质素解聚所采用的催化剂的不同及反应介质的不同，化学法解聚主要有热裂解[[9]]、催化氧化、醇解、二氧六环/水解聚、酸解和光解聚[[10]]等。
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