随着社会发展,石油等非可再生化石燃料日渐紧缺,化石燃料的替代品已经成为全世界的热门话题,经过研究分析,木质素的解聚产物可代替化石燃料,木质素是木质纤维素的主要成分之一,与石油等化石资源相比木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源,过去农林行业产生的木质纤维素部分以焚烧等方式处理,部分用于纤维素、造纸等工业生产,但是副产物木质素依旧会造成环境污染,如果能把木质素进行化学解聚,可以用于替代石油等化石燃料,要实现木质素的解聚就要研究β-O-4键的断裂方法。
经研究表明,当Cα-OH被氧化成酮之后,β-O-4键的键能会大大降低,容易断裂,因此要想实现木质素的解聚,首先要研究Cα-OH的氧化。但是木质素是一个由大量苯环交叉连接的酚聚合物 ,结构复杂,各种化学键之间相互作用,在对Cα-OH进行氧化的时候,会有其他类似结构也被氧化,同时,在对Cα-OH进行氧化的时候,需要高温等反应条件,这不仅消耗资源而且提高了对加工设备的要求,如果有一款催化剂能够对木质素的Cα-OH进行定向氧化同时在室温的条件下就能达到很高的转化率,那对木质素的工业应用会有很大的提高。
在已有的催化剂中钼-钒-铌催化剂能够实现在室温下以较高转化率实现Cα-OH到酮的转化,催化剂中钼、钒、铌三重金属的比例以及比表面积会影响催化剂的催化效果,确定一个合适的比例以及增大比表面积是目前的一个研究方向。
另外,光催化材料的出现为Cα-OH催化氧化提供了新思路,光催化材料无毒,化学稳定性好,廉价,绿色环保,但是传统光催化材料TiO2只能利用在太阳光谱中占比4%的紫外光,如果一种光催化剂能够利用太阳光在室温下进行催化,将会节省大量人力物力,目前,实现这一目标可采用C3N4为基得到复合光催化材料。
目前看来,催化剂是实现可见光、室温条件下木质素解聚的关键,也是目前实验研究的焦点。
本文来源:山东科技大学、作者:霍翔宇 宋亮