作(zuo)為天(tian)然的可再生(sheng)資(zi)源，生(sheng)物質的綠(lv)色(se)化(hua)(hua)學轉(zhuan)化(hua)(hua)和功能化(hua)(hua)是(shi)綠(lv)色(se)化(hua)(hua)工(gong)的重要(yao)研究領域，其中的生(sheng)物質溶(rong)解、分(fen)離與加工(gong)，以及新的綠(lv)色(se)功能材(cai)料的制備(bei)引起了大家廣泛的關注。近(jin)日，我系閆立峰教(jiao)授(shou)課題組在生(sheng)物質整體溶(rong)解綠(lv)色(se)溶(rong)劑(ji)(ji)、可降解高性能全生(sheng)物質膜、纖(xian)維素高強度(du)材(cai)料、木質素基綠(lv)色(se)粘合劑(ji)(ji)等方面取得系列進展。

首先針對自(zi)然(ran)界中(zhong)含量第一的(de)(de)天然(ran)高(gao)分子纖(xian)(xian)(xian)維(wei)素的(de)(de)綠(lv)色(se)溶(rong)劑難題，課題組在前期的(de)(de)研究基礎上，設(she)計了(le)一種新型的(de)(de)二(er)酸(suan)-超堿離(li)子液(ye)體(ti)(ti)綠(lv)色(se)溶(rong)劑，可(ke)以高(gao)效溶(rong)解纖(xian)(xian)(xian)維(wei)素并(bing)同時制備多功能纖(xian)(xian)(xian)維(wei)素材料。該體(ti)(ti)系不再局限(xian)于單(dan)酸(suan)-超堿離(li)子液(ye)體(ti)(ti)，創新性地(di)提(ti)(ti)出了(le)新型二(er)酸(suan)-超堿離(li)子液(ye)體(ti)(ti)，可(ke)分別(bie)最大限(xian)度地(di) 15.2 wt% 的(de)(de)微(wei)晶纖(xian)(xian)(xian)維(wei)素（DP = 260）和 9.3 wt% 的(de)(de)脫(tuo)脂棉（DP = 685）（圖1），為纖(xian)(xian)(xian)維(wei)素的(de)(de)綠(lv)色(se)加工提(ti)(ti)出了(le)八種新的(de)(de)綠(lv)色(se)溶(rong)劑體(ti)(ti)系（Long Zhang, Boxiang Zhan, Yapeng He, Yongqi Deng, Haiyuan Ji, Shen Peng, Lifeng Yan*.Novel Diacid-superbase Ionic Liquids for Efficient Dissolving Cellulose and Simultaneous Preparation of Multifunctional Cellulose Materials.Green Chem.,2024, 26, 8794–8807）。

圖1.纖維素的新型二酸-超堿離(li)子液體綠色溶劑(ji)

生(sheng)(sheng)物(wu)質(zhi)是由纖(xian)維(wei)素(su)、木質(zhi)素(su)、半纖(xian)維(wei)素(su)及其(qi)它(ta)組(zu)份形成的(de)復雜的(de)有(you)機體，其(qi)非降(jiang)解型全溶(rong)(rong)解一(yi)直(zhi)是制約其(qi)綜合(he)利用的(de)難題(ti)。特(te)別是設計和(he)開發(fa)綠色溶(rong)(rong)劑(ji)至關重要(yao)。在前面研(yan)究的(de)基(ji)(ji)礎(chu)上，課題(ti)組(zu)的(de)進一(yi)步(bu)研(yan)究發(fa)現(xian)質(zhi)子離子液體丙二酸-DBU可實現(xian)生(sheng)(sheng)物(wu)質(zhi)的(de)直(zhi)接溶(rong)(rong)解，且適合(he)于(yu)12種不同來源的(de)生(sheng)(sheng)物(wu)質(zhi)，如秸稈、玉米(mi)芯、木材(cai)(cai)等。該體系具有(you)良(liang)好的(de)溶(rong)(rong)解能(neng)力（10.2 wt%），得到的(de)溶(rong)(rong)液通過簡單的(de)再生(sheng)(sheng)和(he)加工，可以制備出(chu)具有(you)結構完整、高熱(re)穩定性、高拉(la)伸(shen)強度(du)（107 MPa）、優良(liang)的(de)紫(zi)外(wai)屏蔽（99%）、較強的(de)水穩定性和(he)生(sheng)(sheng)物(wu)降(jiang)解性的(de)高性能(neng)全生(sheng)(sheng)物(wu)質(zhi)膜（圖2），為發(fa)展全新(xin)的(de)全生(sheng)(sheng)物(wu)質(zhi)膜、纖(xian)維(wei)和(he)塊(kuai)體材(cai)(cai)料奠定了基(ji)(ji)礎(chu)（Long Zhang, Boxiang Zhan, Shangzhong Zhang, Haiyuan Ji, Shen Peng, Minghui Fan, Lifeng Yan*. Direct dissolution of lignocellulosic biomass by malonic acid-DBU protonic ionic liquid and preparation of high-performance all-biomass films.Green Chem.,2025, 27, 1789–1805）。

圖2.采用(yong)新型綠(lv)色溶劑全溶解后(hou)再生(sheng)的全生(sheng)物(wu)質(zhi)生(sheng)物(wu)可降解膜材料(liao)

木(mu)材粘(zhan)(zhan)(zhan)合(he)(he)(he)(he)(he)劑(ji)在(zai)(zai)木(mu)制(zhi)品領(ling)(ling)域(yu)具(ju)有(you)(you)重要作用(yong)和價(jia)值(zhi)，全(quan)球市場巨大，目(mu)前常用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)粘(zhan)(zhan)(zhan)合(he)(he)(he)(he)(he)劑(ji)包括酚醛(quan)(quan)樹脂、脲醛(quan)(quan)樹脂、環(huan)氧(yang)樹脂和異氰酸酯類(lei)產品。其(qi)中酚醛(quan)(quan)樹脂粘(zhan)(zhan)(zhan)合(he)(he)(he)(he)(he)劑(ji)通(tong)常是(shi)(shi)用(yong)苯酚和甲醛(quan)(quan)合(he)(he)(he)(he)(he)成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，而這兩(liang)種(zhong)(zhong)物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)都是(shi)(shi)石油基(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，不能(neng)生物(wu)(wu)降解(jie)(jie)。人們(men)迫切(qie)需要一種(zhong)(zhong)綠色(se)環(huan)保的(de)(de)(de)(de)(de)(de)膠(jiao)粘(zhan)(zhan)(zhan)劑(ji)來替代(dai)它。使用(yong)完全(quan)基(ji)于生物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)木(mu)質(zhi)(zhi)素(su)和糠醛(quan)(quan)取代(dai)它們(men)是(shi)(shi)很有(you)(you)吸引力的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。然而，要完全(quan)取代(dai)它們(men)仍有(you)(you)困難，尤其(qi)是(shi)(shi)木(mu)質(zhi)(zhi)素(su)，因為其(qi)反應活性(xing)較(jiao)低(di)(di)而難以實現(xian)全(quan)木(mu)質(zhi)(zhi)素(su)替代(dai)苯酚的(de)(de)(de)(de)(de)(de)粘(zhan)(zhan)(zhan)合(he)(he)(he)(he)(he)劑(ji)。課(ke)題組發展了一種(zhong)(zhong)復(fu)(fu)合(he)(he)(he)(he)(he)新(xin)型(xing)(xing)粘(zhan)(zhan)(zhan)合(he)(he)(he)(he)(he)劑(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)制(zhi)備方法。直接(jie)使用(yong)木(mu)質(zhi)(zhi)素(su)和糠醛(quan)(quan)兩(liang)種(zhong)(zhong)均(jun)來自于生物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)組分為原料(liao)，通(tong)過綠色(se)改性(xing)及(ji)聚(ju)合(he)(he)(he)(he)(he)一體(ti)化，制(zhi)備了一種(zhong)(zhong)新(xin)型(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)木(mu)質(zhi)(zhi)素(su)基(ji)復(fu)(fu)合(he)(he)(he)(he)(he)粘(zhan)(zhan)(zhan)合(he)(he)(he)(he)(he)劑(ji)。該粘(zhan)(zhan)(zhan)合(he)(he)(he)(he)(he)劑(ji)對桐木(mu)板(ban)(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)粘(zhan)(zhan)(zhan)合(he)(he)(he)(he)(he)強(qiang)度達到(dao)5.71 MPa，遠超(chao)0.7MPa的(de)(de)(de)(de)(de)(de)國家標準（Boxiang Zhan, Long Zhang, Yongqi Deng, Lifeng Yan*. Multifunctional Lignin-based Composite Ultra-Adhesive for Wood Processing.Green Chem.,2023,25, 10061-10071）。該粘(zhan)(zhan)(zhan)合(he)(he)(he)(he)(he)劑(ji)還(huan)具(ju)有(you)(you)出(chu)色(se)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)阻(zu)燃(ran)性(xing)能(neng)，阻(zu)燃(ran)等(deng)級(ji)為 V0，粘(zhan)(zhan)(zhan)合(he)(he)(he)(he)(he)劑(ji)涂覆在(zai)(zai)木(mu)材表面時，可以使其(qi)極限氧(yang)指數達到(dao) 30%。有(you)(you)趣(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)，它還(huan)具(ju)有(you)(you)出(chu)色(se)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)隔熱(re)(re)和光熱(re)(re)性(xing)能(neng)。在(zai)(zai)此基(ji)礎上，課(ke)題組進一步拓(tuo)展該類(lei)粘(zhan)(zhan)(zhan)合(he)(he)(he)(he)(he)劑(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)領(ling)(ling)域(yu)，以各種(zhong)(zhong)生物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)粉(fen)為原料(liao)，實現(xian)了多種(zhong)(zhong)高性(xing)能(neng)顆(ke)(ke)粒(li)板(ban)(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)制(zhi)備，得(de)到(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)顆(ke)(ke)粒(li)板(ban)(ban)具(ju)有(you)(you)高機(ji)械強(qiang)度、阻(zu)燃(ran)、熱(re)(re)修復(fu)(fu)、隔熱(re)(re)、耐水、防霉、低(di)(di)成本等(deng)特(te)性(xing)，特(te)別是(shi)(shi)其(qi)可生物(wu)(wu)降解(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)特(te)性(xing)（圖3），為發展替代(dai)石化基(ji)聚(ju)合(he)(he)(he)(he)(he)物(wu)(wu)板(ban)(ban)材的(de)(de)(de)(de)(de)(de)新(xin)型(xing)(xing)生物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)基(ji)復(fu)(fu)合(he)(he)(he)(he)(he)材料(liao)提(ti)出(chu)了新(xin)方案(an)（Boxiang Zhan, Long Zhang, Yongqi Deng, Minghui Fan, Lifeng Yan*.Sustainable adhesives for ultra-composites from biomass powder.Chem. Eng. J.2024, 485, 149984）。

圖3.以木質素和(he)糠醛為原料的全(quan)綠色(se)生物(wu)質基新型(xing)粘合(he)劑(ji)及其(qi)高性能(neng)復合(he)材(cai)料

2022年(nian)6月舉行的(de)(de)全球(qiu)發展(zhan)高層對話針(zhen)對目(mu)前面臨(lin)的(de)(de)不(bu)可生(sheng)(sheng)物降(jiang)解塑(su)料(liao)問(wen)(wen)題(ti)，提(ti)出了(le)(le)“以(yi)(yi)竹(zhu)代塑(su)”的(de)(de)重(zhong)要課題(ti)，引起(qi)了(le)(le)廣泛關(guan)注(zhu)，特別(bie)是(shi)中(zhong)(zhong)國也將此項工(gong)作列入重(zhong)點。但其中(zhong)(zhong)一(yi)個(ge)需要迫切解決的(de)(de)突出問(wen)(wen)題(ti)是(shi)尋找綠色(se)的(de)(de)粘合(he)(he)劑。酚醛樹(shu)脂、脲醛樹(shu)脂等主流膠粘劑中(zhong)(zhong)含有(you)有(you)害(hai)物質(zhi)(zhi)。開發環(huan)保且經濟有(you)效(xiao)的(de)(de)粘合(he)(he)劑至關(guan)重(zhong)要。課題(ti)組利用(yong)均(jun)來自生(sheng)(sheng)物質(zhi)(zhi)的(de)(de)木(mu)質(zhi)(zhi)素和(he)香草醛為原(yuan)料(liao)，合(he)(he)成了(le)(le)一(yi)種新型的(de)(de)木(mu)質(zhi)(zhi)素基綠色(se)粘合(he)(he)劑，實現了(le)(le)對竹(zhu)子的(de)(de)特殊粘合(he)(he)強(qiang)度。與傳統(tong)的(de)(de)替代品相比，它可以(yi)(yi)與竹(zhu)粉(fen)高效(xiao)結合(he)(he)，制備的(de)(de)材料(liao)具有(you)低(di)成本、高機械強(qiang)度、保溫、防水(shui)、抗霉、和(he)長期(qi)生(sheng)(sheng)物降(jiang)解性特性，特別(bie)是(shi)得到板(ban)材的(de)(de)力(li)學性能全面超越(yue)目(mu)前市場上常用(yong)的(de)(de)各種塑(su)料(liao)產品（圖4），為真(zhen)正(zheng)實現“以(yi)(yi)竹(zhu)代塑(su)”提(ti)供了(le)(le)新的(de)(de)解決方案，該成果近期(qi)發表(biao)于化(hua)工(gong)專業(ye)頂級(ji)期(qi)刊(kan)《化(hua)學工(gong)程雜志》(Chemical Engineering Journal，Chem. Eng. J.)。原(yuan)文鏈(lian)接(jie)：//www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894725023307。

圖4.采用木質素和香草醛為原料合成的綠色粘合劑及其用于竹粉制備板材的性能

該系列研究得到了科(ke)技部、國家自然科(ke)學基金和(he)188bet足球的(de)經費資助。188bet足球化學與材(cai)料科(ke)學學院研究生詹博翔和(he)張龍分別為第(di)一作者(zhe)，閆立峰教(jiao)授為通訊(xun)作者(zhe)。