作為(wei)天然的可(ke)再生(sheng)資源，生(sheng)物(wu)質的綠(lv)(lv)色(se)化學(xue)轉化和(he)功能化是(shi)綠(lv)(lv)色(se)化工(gong)的重要(yao)研究領域(yu)，其中的生(sheng)物(wu)質溶解、分離與加工(gong)，以及新的綠(lv)(lv)色(se)功能材料的制備引起(qi)了大家廣泛的關注(zhu)。近(jin)日，188bet足球閆立峰教(jiao)授(shou)課(ke)題(ti)在生(sheng)物(wu)質整體溶解綠(lv)(lv)色(se)溶劑(ji)、可(ke)降(jiang)解高性能全生(sheng)物(wu)質膜、纖維素高強度材料、木質素基綠(lv)(lv)色(se)粘(zhan)合劑(ji)等(deng)方(fang)面(mian)取得系列(lie)進展。

首先針對自(zi)然界中(zhong)含量第(di)一的天然高分(fen)子纖維(wei)素的綠色溶劑難題(ti)，課題(ti)組(zu)在前(qian)期的研(yan)究基礎上，設計了(le)一種(zhong)新型(xing)的二酸-超(chao)堿離子液體(ti)綠色(se)溶(rong)劑，可以高效(xiao)溶(rong)解纖維素(su)并同時制備多(duo)功能纖維素(su)材料。該體(ti)系不再局限于單酸-超堿(jian)離子液體，創新(xin)(xin)性地(di)提(ti)出了新(xin)(xin)型(xing)二酸-超堿離子液體，可分別最大限度地 15.2 wt% 的微晶纖維素（DP = 260）和 9.3 wt% 的(de)脫(tuo)脂棉(mian)（DP = 685）（圖1），為纖維素的綠色(se)加工提出了八種新的綠色(se)溶劑體系（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(tu)1. 纖維素的新(xin)型二酸-超堿離子液體(ti)綠色溶劑

生(sheng)物(wu)質是(shi)由纖維素(su)、木質素(su)、半纖維素(su)及其它組份形成(cheng)的(de)復(fu)雜的(de)有機(ji)體，其非降解型全溶解一(yi)直是(shi)制(zhi)約其綜(zong)合利(li)用的(de)難題(ti)。特別是(shi)設計和(he)開(kai)發綠色溶劑至關重要。在前(qian)面研(yan)究(jiu)的(de)基礎上，課題(ti)組的(de)進一(yi)步(bu)研(yan)究(jiu)發現(xian)質子離(li)子液體丙二酸(suan)-DBU 可實(shi)現生物(wu)質的直接溶解，且適合(he)于12種不(bu)同來源(yuan)的(de)生物質，如秸稈(gan)、玉米芯、木材(cai)等。該(gai)體(ti)系具有良好的(de)溶解能力（10.2 wt%），得(de)到的(de)(de)溶液通過簡單(dan)的(de)(de)再(zai)生和加工，可以制備出(chu)具有結構完整、高(gao)熱穩定(ding)性、高(gao)拉伸強度（107 MPa）、優良的紫外屏蔽（99%）、較強的水穩定性和(he)生物降解性的高性能全生物質膜（圖2），為發展全新的全生物(wu)質膜、纖維和塊體材料奠定(ding)了基礎（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.采用新型綠色(se)溶劑全溶解而(er)后再生(sheng)的全生(sheng)物質生(sheng)物可(ke)降解膜材料

木(mu)(mu)(mu)(mu)材粘(zhan)(zhan)(zhan)合(he)(he)劑(ji)在(zai)木(mu)(mu)(mu)(mu)制品領域具有重要作用(yong)和(he)價(jia)值，全球市場巨大，目前常(chang)用(yong)的(de)(de)(de)粘(zhan)(zhan)(zhan)合(he)(he)劑(ji)包(bao)括酚醛(quan)樹脂(zhi)、脲醛(quan)樹脂(zhi)、環氧樹脂(zhi)和(he)異(yi)氰酸酯(zhi)類(lei)產(chan)品。其(qi)(qi)(qi)中酚醛(quan)樹脂(zhi)粘(zhan)(zhan)(zhan)合(he)(he)劑(ji)通(tong)常(chang)是用(yong)苯(ben)酚和(he)甲醛(quan)合(he)(he)成的(de)(de)(de)，而這兩(liang)(liang)種(zhong)(zhong)物(wu)質(zhi)都(dou)是石油基的(de)(de)(de)，不能生物(wu)降解。人們迫(po)切需要一(yi)種(zhong)(zhong)綠色(se)環保的(de)(de)(de)膠粘(zhan)(zhan)(zhan)劑(ji)來替代它。使用(yong)完全基于生物(wu)質(zhi)的(de)(de)(de)木(mu)(mu)(mu)(mu)質(zhi)素(su)和(he)糠醛(quan)取代它們是很有吸引力的(de)(de)(de)。然而，要完全取代它們仍有困難，尤(you)其(qi)(qi)(qi)是木(mu)(mu)(mu)(mu)質(zhi)素(su)，因為其(qi)(qi)(qi)反應活性(xing)較低而難以實(shi)現全木(mu)(mu)(mu)(mu)質(zhi)素(su)替代苯(ben)酚的(de)(de)(de)粘(zhan)(zhan)(zhan)合(he)(he)劑(ji)。課題組發展了一(yi)種(zhong)(zhong)復合(he)(he)新型粘(zhan)(zhan)(zhan)合(he)(he)劑(ji)的(de)(de)(de)制備(bei)方法。直接使用(yong)木(mu)(mu)(mu)(mu)質(zhi)素(su)和(he)糠醛(quan)兩(liang)(liang)種(zhong)(zhong)均(jun)來自于生物(wu)質(zhi)的(de)(de)(de)組分為原料，通(tong)過綠色(se)改(gai)性(xing)及聚合(he)(he)一(yi)體化，制備(bei)了一(yi)種(zhong)(zhong)新型的(de)(de)(de)木(mu)(mu)(mu)(mu)質(zhi)素(su)基復合(he)(he)粘(zhan)(zhan)(zhan)合(he)(he)劑(ji)。該粘(zhan)(zhan)(zhan)合(he)(he)劑(ji)對(dui)桐木(mu)(mu)(mu)(mu)板的(de)(de)(de)粘(zhan)(zhan)(zhan)合(he)(he)強度達到5.71 MPa，遠超0.7MPa的國家(jia)標準(zhun)（Boxiang Zhan, Long Zhang, Yongqi Deng, Lifeng Yan*. Multifunctional Lignin-based Composite Ultra-Adhesive for Wood Processing. Green Chem., 2023,25, 10061-10071）。該粘合劑還具有(you)出色的阻(zu)燃性能，阻(zu)燃等級為 V0，粘合劑涂(tu)覆在木材表面時，可以使其(qi)的極限氧指數達到(dao) 30%。有(you)趣的(de)(de)是(shi)，它還具(ju)(ju)有(you)出色(se)的(de)(de)隔熱和光熱性能。在此基(ji)礎(chu)上，課題組進(jin)一(yi)步拓展該類粘合劑的(de)(de)應(ying)用領域，以各種生物(wu)質粉為原料，實現(xian)了多種高性能顆粒(li)(li)板(ban)的(de)(de)制備，得到的(de)(de)顆粒(li)(li)板(ban)具(ju)(ju)有(you)高機械強度、阻燃、熱修復、隔熱、耐水、防霉、低(di)成本(ben)等(deng)特(te)性，特(te)別是(shi)其(qi)可(ke)生物(wu)降解的(de)(de)特(te)性（圖3），為發(fa)展(zhan)替代(dai)石化(hua)基聚合物(wu)板材的新(xin)型生(sheng)物(wu)質基復(fu)合材料提出了新(xin)方案（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(tu)3. 以(yi)木質素和(he)糠醛為原料的全綠(lv)色生物質基新型粘(zhan)合(he)劑及(ji)其(qi)高性(xing)能復合(he)材(cai)料

2022年6月舉行的(de)(de)(de)(de)(de)(de)全球發展高級(ji)別(bie)對(dui)話針(zhen)對(dui)目前(qian)面臨的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不可生(sheng)物降解塑(su)料(liao)問(wen)題(ti)(ti)，提出了“以竹(zhu)代(dai)塑(su)”的(de)(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)要課(ke)(ke)題(ti)(ti)，引(yin)起的(de)(de)(de)(de)(de)(de)廣泛的(de)(de)(de)(de)(de)(de)關注(zhu)，特別(bie)是中國(guo)也把此項(xiang)工作列入重(zhong)(zhong)點。但其中一個(ge)需要迫切(qie)解決的(de)(de)(de)(de)(de)(de)突出問(wen)題(ti)(ti)是尋找綠(lv)色(se)(se)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)粘(zhan)(zhan)合(he)劑(ji)。酚醛樹脂、脲醛樹脂等主流(liu)膠粘(zhan)(zhan)劑(ji)中含有(you)(you)有(you)(you)害物質。開發環保和(he)經濟有(you)(you)效的(de)(de)(de)(de)(de)(de)粘(zhan)(zhan)合(he)劑(ji)至(zhi)關重(zhong)(zhong)要。課(ke)(ke)題(ti)(ti)組利用均來自(zi)生(sheng)物質的(de)(de)(de)(de)(de)(de)木(mu)質素(su)和(he)香(xiang)草(cao)醛為原料(liao)，合(he)成(cheng)了一種(zhong)新(xin)型(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)木(mu)質素(su)基綠(lv)色(se)(se)粘(zhan)(zhan)合(he)劑(ji)，實現了對(dui)竹(zhu)子的(de)(de)(de)(de)(de)(de)特殊(shu)粘(zhan)(zhan)合(he)強(qiang)度(du)。與傳統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)替代(dai)品相比，它可以與竹(zhu)粉(fen)高效結合(he)，制備的(de)(de)(de)(de)(de)(de)材料(liao)具有(you)(you)低成(cheng)本、高機械強(qiang)度(du)、保溫、防水(shui)、抗霉、和(he)長期(qi)生(sheng)物降解性特性，特別(bie)是板材的(de)(de)(de)(de)(de)(de)力(li)學性能全面超越目前(qian)市場上常用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)各種(zhong)塑(su)料(liao)產品（圖(tu)4），為真正實現“以竹代塑”提供了新的(de)解決方案，該成果近期發表于(yu)化工(gong)專業頂(ding)級期刊《化學(xue)工程雜(za)志》(Chemical Engineering Journal，Chem. Eng. J.)。原文(wen)鏈接：//www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894725023307。

圖4. 采用木質素和香草(cao)醛(quan)為原料(liao)合成的綠色粘合劑及其用于(yu)竹粉制備板材的性能

該系列研(yan)(yan)究得到了科技部(bu)、國家自然科學(xue)基金和(he)188bet足球的經費資助。188bet足球化學(xue)與材料科學(xue)學(xue)院研(yan)(yan)究生詹博翔和(he)張龍分別為第(di)一作(zuo)者，閆(yan)立峰(feng)教授為通(tong)訊作(zuo)者。