CN116144039A

CN116144039A - 一种分离天然木质素的方法

Info

Publication number: CN116144039A
Application number: CN202211530124.1A
Authority: CN
Inventors: 刘永壮; 楼雨寒; 于海鹏
Original assignee: Northeast Forestry University
Current assignee: Northeast Forestry University
Priority date: 2022-11-30
Filing date: 2022-11-30
Publication date: 2023-05-23

Abstract

一种分离天然木质素的方法，它属于木质素分离领域。本发明要解决现有的制备天然木质素的方法存在操作复杂、步骤多、能耗高、使用有毒有害的溶剂、体系不稳定，原料利用率低，木质素得率不高的问题。将生物质原料加入到氯化胆碱/尿素低共熔溶剂中，然后在密闭环境下加热搅拌，然后溶解及过滤分离，得到纤维剩余物和木质素溶液，将木质素溶液进行旋转蒸发、沉淀并过滤干燥，得到天然木质素。本发明用于分离天然木质素。

Description

一种分离天然木质素的方法

技术领域

本发明属于木质素分离领域。

背景技术

木质素与纤维素、半纤维素是构成植物骨架的主要成分，仅次于纤维素和甲壳素，是第三大量的天然有机物。由于木质素分子的复杂性和重要性，本领域技术人员关注的首要问题是如何从植物细胞壁中分离出可以代表天然结构的木质素组分用于结构表征和解析。因为基于结构明确的木质纤维生物质原料，才能够开发出更有效的木质素解离及解聚方法，为木质素高值化利用和高效生物炼制奠定理论和技术基础。

但不同于纤维素、甲壳素已经阐明的规律性结构，木质素作为另一类重要的天然高分子，其化学结构至今没能完全清楚全部细节。其中主要原因在于木质素是单体间以碳碳键和醚键随机聚合的极其复杂的网状高分子，没有严格的固定结构；同时木质素与纤维素、半纤维素以氢键和共价键紧密缠绕在一起，在分离、提取时由于本身结构中含有大量的活性基团，很容易造成结构的变化。因此，分离出结构天然的木质素一直以来是一项困难的挑战。

在过去的几十年中，研究人员提出了数种从细胞壁中分离出天然木质素的方法。其中最具代表性的是1954年

提出的球磨木粉通过96％二氧六环水溶液提取的方法。在该方法中，先将充分干燥的脱脂试样在非润胀性溶剂介质(如甲苯)中或者直接在干燥状态下于球磨机中磨碎至直径为数十微米，接着使用二氧六环-水混合液(96％，体积分数)抽提48h(2次×24小时)，浓缩后沉淀在pH＝2的酸水中获得粗磨木木质素。粗磨木木质素加入90％醋酸溶解，再注入水中沉淀；然后将醋酸纯化的磨木木质素溶解于二氯甲烷和乙醇(2:1)的混合液中，再注入乙醚中使其沉淀，经过滤、洗涤、干燥，得到纯化的磨木木质素。为得到含糖量更低的磨木木质素，还可进行进一步精制。因此，磨木木质素虽然通常被认为是与木材中天然木质素结构最为接近的木质素样品，但是制备步骤复杂、耗时耗能、溶剂毒性大，且得率较低，无法大批量生产；并且随着具体的操作条件(如不同的球磨机类型、规格、球料比、球磨时间等)变化，木质素得率和结构都会发生一定的变化，体系不够稳定。

为减少球磨过程中木质素样品的结构变化，同时提高木质素的得率，Chang于1975年正式提出了利用纤维素酶处理球磨样品以制备酶解木质素的方法。将纤维素酶加入球磨木材中酶解48小时，得到的酶解残渣在96％的二氧六环水溶液中常温搅拌24小时，溶液浓缩后沉淀在pH＝2的酸水中获得酶解木质素。虽然酶解木质素的得率相较于磨木木质素有所提升，但是纤维素的高结晶度和不可及性仍然阻碍纤维素和纤维素酶的接触，从而影响碳水化合物的酶法水解，因此得率提升有限。同时酶法水解获得木质素同样耗时耗能、溶剂毒性大、体系不稳定等缺点。

由此可知，现有的制备天然木质素的方法多数是采用球磨机磨碎的木粉为原料，制备工艺复杂(包括溶剂提取和酶水解等方法)，而且精制后得到的木质素得率往往不高。一方面，现有制备工艺均存在操作复杂、步骤多、能耗高、使用有毒有害的溶剂、体系不稳定。另一方面，这些工艺主要是通过物理、化学和生物等多种方法无差别地破坏木质素-碳水化合物复合体(LCC)和三大组分结构，从而得到结构天然的木质素，原料利用率比较低，木质素得率不高。因此，若研究出步骤更简易、可投入大规模生产的分离天然木质素的方法，将会对木质素结构研究和木质素高值化利用都产生巨大的进益。

发明内容

本发明要解决现有的制备天然木质素的方法存在操作复杂、步骤多、能耗高、使用有毒有害的溶剂、体系不稳定，原料利用率低，木质素得率不高的问题，进而提供一种分离天然木质素的方法。

一种分离天然木质素的方法，它是按以下步骤进行的：

将生物质原料加入到氯化胆碱/尿素低共熔溶剂中，然后在密闭环境下加热搅拌，得到混合物，将混合物进行溶解，然后过滤分离，得到纤维剩余物和木质素溶液，将木质素溶液进行旋转蒸发，然后加水沉淀并过滤干燥，得到天然木质素。

本发明的有益效果是：

本发明首次采用低成本的低共熔溶剂、利用亲核加成消除机理对生物质原料(木质素-碳水化合物复合体LCC)中的酯键进行精准解离，从而达到分离部分天然木质素的目的。

(1)本发明首次提供利用亲核加成消除机理精准断裂酯键分离天然木质素的方法，对木质纤维素中半纤维素和木质素连接的酯键进行亲核加成消除，制备的木质素结构天然(木质素分子中的各种连接键型完整，β-O-4'含量高，芳香区没有缩合情况的木质素可以近似认为是天然木质素)，且具有高活性，得率高，可重复性强，是后续高值化利用的有利原料。

(2)本发明分离完天然木质素的纤维剩余物保留完整纤维素和半纤维素结构，保留率高，实现无损分离，可以进行后续的酶解或其他利用，提高利用率。

(3)本发明提供了一种高效率、重复性好的天然木质素制备体系，在不同原料粒度、不同物料比和不同反应时间条件下均可重复出结构相近的天然木质素，且可结合现有设备条件实现天然木质素的规模性制备。

(4)本发明利用的低共熔溶剂是氯化胆碱/尿素低共熔溶剂，溶剂绿色可回收，循环使用，生物质原料包括阔叶材、针叶材、竹材、秸秆等分子内部含有酯键的全部原料；实现了直接从粗粒的原料一锅分离出天然木质素，简化了实验步骤，降低能耗和成本，具有可工业化生产的潜力，可实现天然木质素的批量规模化生产，提供一种绿色环保、工艺简单、低成本的技术路线。

说明书附图

图1为实施例一分离天然木质素的工艺路线示意图；

图2为实施例一由杨木获得的天然木质素代表性二维HSQC图谱；

图3为实施例二由桦木获得的天然木质素代表性二维HSQC图谱；

图4为实施例三由杉木获得的天然木质素代表性二维HSQC图谱；

图5为实施例四由竹材获得的天然木质素代表性二维HSQC图谱；

图6为实施例五由秸秆获得的天然木质素代表性二维HSQC图谱；

图7为天然木质素的分子结构单元，A为β-O-4′，B为β-β’，C为β-5’，S为紫丁香基，G为愈创木基，H为对羟苯基，PB为对羟基苯甲酸酯，pCA为对香豆酸酯；

图8为模型物反应前后的气相结合图，A为模型物2-(2-甲氧基苯氧基)-1-(4-甲氧基苯基)乙醇，B为模型物苯基-β-D-吡喃葡萄糖苷，C为模型物苯甲酸苯甲酯，1为反应前，2为密闭反应后，3为未封闭反应后，1a为2-(2-甲氧基苯氧基)-1-(4-甲氧基苯基)乙醇，1b是苯基-β-D-吡喃葡萄糖苷，1c是苯甲酸苯甲酯，2c为苯甲醇，3c为苯甲酰胺，4c为氨基甲酸苄酯；

图9为模型物苯甲酸苯甲酯的反应机理图，1c是苯甲酸苯甲酯，2c为苯甲醇，3c为苯甲酰胺，4c为氨基甲酸苄酯；

图10为实施例一原料和纤维剩余物的红外谱图，1为原料，2为纤维剩余物；

图11为磨木木质素(MWL)和实施例一由杨木获得的天然木质素的2D HSQC对比图，A为β-O-4′，B为β-β’，C为β-5’，I为对羟基肉桂醇单元，G为愈创木基，S为紫丁香基，S’为氧化紫丁香基结构，PB为对羟基苯甲酸酯。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式一种分离天然木质素的方法，它是按以下步骤进行的：

具体实施方式所述的低共熔溶剂由氯化胆碱和尿素构成，均来源于天然产物，绿色无毒。生物质原料为杨木、桦木等阔叶材、杉木等针叶材、竹材或秸秆中的一种。所述密闭环境可以为反应釜、蒸煮锅等具有一定耐压性的封闭反应容器。

具体实施方式当反应温度高于180℃后，木质素结构会由于高温受到一定破坏。当原料和低共熔溶剂比例大于1:5时，由于低共熔溶剂具有一定粘性，木粉非常蓬松，溶剂无法和原料正常混合接触。

原理：本具体实施方式中涉及的反应是一个对于酯键的亲核加成-消除反应。其中氨气作为反应物，是反应过程中关键的亲核试剂，主导整个反应的发生，因而反应必须在密闭环境下进行。首先低共熔溶剂中的尿素在140℃开始分解出氨气，氨气作为亲核试剂，攻击木质纤维素中酯键的羰基碳，断裂π键并形成四面体中间体；为了恢复双键，烷氧基必须被消去，最终形成了酰胺产物。断裂酯键的木质素溶解在氯化胆碱/尿素的低共熔溶剂中，等待后续的分离沉淀。低共熔溶剂中丰富的氢键体系在反应过程中对木质素-碳水化合物复合体LCC也起到了一定的解构作用。同时，整个体系只对酯键产生作用，对LCC中含量最多的醚键则展现出惰性的性质。因此，该体系对于纤维素和半纤维素几乎没有作用，木质纤维素中的碳水化合物部分几乎得到完整保留。

本具体实施方式中整个反应中无水参加，不涉及碱性水解，只有酯键的亲核加成消除作用。这与氨水溶液分离木质素或者氨纤维爆破(AFEX)方法分离木质素有着本质区别。氨水溶液是通过碱性水解的原理对半纤维素进行水解，木质素也会有所降解，从而分离木质素。而AFEX是利用液氨在突然释放的压力作用下对纤维素发生膨胀碎裂，同时半纤维素和木质素发生降解。

本实施方式的有益效果是：

本实施方式首次采用低成本的低共熔溶剂、利用亲核加成消除机理对生物质原料(木质素-碳水化合物复合体LCC)中的酯键进行精准解离，从而达到分离部分天然木质素的目的。

(1)本实施方式首次提供利用亲核加成消除机理精准断裂酯键分离天然木质素的方法，对木质纤维素中半纤维素和木质素连接的酯键进行亲核加成消除，制备的木质素结构天然(木质素分子中的各种连接键型完整，β-O-4'含量高，芳香区没有缩合情况的木质素可以近似认为是天然木质素)，且具有高活性，得率高，可重复性强，是后续高值化利用的有利原料。

(2)本实施方式分离完天然木质素的纤维剩余物保留完整纤维素和半纤维素结构，保留率高，实现无损分离，可以进行后续的酶解或其他利用，提高利用率。

(3)本实施方式提供了一种高效率、重复性好的天然木质素制备体系，在不同原料粒度、不同物料比和不同反应时间条件下均可重复出结构相近的天然木质素，且可结合现有设备条件实现天然木质素的规模性制备。

(4)本实施方式利用的低共熔溶剂是氯化胆碱/尿素低共熔溶剂，溶剂绿色可回收，循环使用，生物质原料包括阔叶材、针叶材、竹材、秸秆等分子内部含有酯键的全部原料；实现了直接从粗粒的原料一锅分离出天然木质素，简化了实验步骤，降低能耗和成本，具有可工业化生产的潜力，可实现天然木质素的批量规模化生产，提供一种绿色环保、工艺简单、低成本的技术路线。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的生物质原料为阔叶材、针叶材、竹材或秸秆。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：所述的生物质原料的粒度为5目～60目。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的氯化胆碱/尿素低共熔溶剂中氯化胆碱与尿素的摩尔比为1:(1～2)。其它与具体实施方式一至三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述的生物质原料与氯化胆碱/尿素低共熔溶剂的质量比为1:(5～20)。其它与具体实施方式一至四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：在搅拌速度为200r/min～800r/min及温度为140℃～180℃的密闭环境下，加热搅拌2h～12h。其它与具体实施方式一至五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：在搅拌速度为800r/min及温度为150℃的密闭环境下，加热搅拌6h。其它与具体实施方式一至六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：利用丙酮水溶液，将混合物进行溶解。其它与具体实施方式一至七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：所述的丙酮水溶液中丙酮与水的体积比为7:3。其它与具体实施方式一至八相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：所述的混合物的质量与丙酮水溶液的体积比1g:(5～20)mL。其它与具体实施方式一至九相同。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一，结合图1具体说明：

将2g生物质原料加入到40g氯化胆碱/尿素低共熔溶剂中，然后在搅拌速度为800r/min及温度为150℃的高压反应釜中，密闭加热搅拌6h，得到混合物，利用丙酮水溶液，将混合物进行溶解，然后过滤分离，得到的固体不溶物为纤维剩余物，分离出的溶液为木质素溶液，将木质素溶液进行旋转蒸发去除丙酮，然后加水沉淀并过滤干燥，得到天然木质素；

所述的生物质原料为粒度为60目的杨木木粉；

所述的氯化胆碱/尿素低共熔溶剂中氯化胆碱与尿素的摩尔比为1:2；

所述的丙酮水溶液中丙酮与水的体积比为7:3；所述的混合物的质量与丙酮水溶液的体积比1g:9.52mL。

本实施例分离出来的低共熔溶剂水溶液通过减压蒸馏回收。

实施例二：本实施例与实施例一不同的是：所述的生物质原料为桦木木粉。其它与实施例一相同。

实施例三：本实施例与实施例一不同的是：所述的生物质原料为杉木木粉。其它与实施例一相同。

实施例四：本实施例与实施例一不同的是：所述的生物质原料为竹材粉末。其它与实施例一相同。

实施例五：本实施例与实施例一不同的是：所述的生物质原料为秸秆粉末。其它与实施例一相同。

实施例六：本实施例与实施例一不同的是：在搅拌速度为800r/min及温度为165℃的高压反应釜中，密闭加热搅拌6h，得到混合物。其它与实施例一相同。

实施例七：本实施例与实施例一不同的是：在搅拌速度为800r/min及温度为180℃的高压反应釜中，密闭加热搅拌6h，得到混合物。其它与实施例一相同。

实施例八：本实施例与实施例一不同的是：在搅拌速度为800r/min及温度为150℃的高压反应釜中，密闭加热搅拌12h，得到混合物。其它与实施例一相同。

实施例九：本实施例与实施例一不同的是：将20g生物质原料加入到100g氯化胆碱/尿素低共熔溶剂中。其它与实施例一相同。

实施例十：本实施例与实施例一不同的是：将1000g生物质原料加入到10000g氯化胆碱/尿素低共熔溶剂中；所述的生物质原料为粒度为5目的杨木木粉。其它与实施例一相同。

对比实验一：本实施例与实施例一不同的是：在搅拌速度为800r/min及温度为135℃的高压反应釜中，密闭加热搅拌6h。其它与实施例一相同。对比实验一中木质素的得率仅约2.1wt％。

对比实验二：本实施例与实施例一不同的是：在圆底烧瓶中，分别在150℃、165℃及180℃的条件下进行不封口的反应。其它与实施例一相同。对比实验二几乎没有木质素分离出来。

实施例一至五分别是不同生物质原料分离的天然木质素；实施例六、七、八分别是不同温度、不同反应时间分离的天然木质素；实施例九、十分别是不同原料和低共熔溶剂比例、不同原料粒度分离的天然木质素。

通过质量称量计算实施例一至十所得的天然木质素得率(基于木质素质量的得率)，具体为将木粉原料加入到质量百分数为72％的硫酸溶液中，室温酸解1h，然后加水稀释到硫酸质量百分数为3％，于121℃酸解1h，最终得到不溶木质素与酸液，酸液中水溶性木质素的质量与不溶木质素的质量相加，得到木质素的总质量，然后计算分离的天然木质素质量与木质素总质量的比例；采用二维HSQC核磁对木质素结构进行表征和芳基醚键含量计算，二维HSQC图谱中设A为β-O-4′，B为β-β’，C为β-5’，S为紫丁香基，G为愈创木基，H为对羟苯基，PB为对羟基苯甲酸酯，pCA为对香豆酸酯。

表1木质素得率和结构分析

由表可知，天然木质素产率：实施例一到实施例五，不同生物质原料的木质素得率分别是杨木木质素26.6％、桦木木质素18.3％、杉木木质素6.8％、竹材木质素11.0％和秸秆木质素17.7％。实施例一、六至十，不同反应条件下杨木木质素的得率范围在26.6％～40.4％，比较稳定；β-O-4′含量很高，保持在37～59/基于每100个芳香单元；β-β′和β-5’的范围保持在9～12/基于每100个芳香单元和1～3/基于每100个芳香单元。

图2为实施例一由杨木获得的天然木质素代表性二维HSQC图谱；由二维HSQC分离的杨木木质素图谱可以得出，构成杨木木质素的主要基本单元为愈创木基(G)和紫丁香基(S)基本单元，还存在杨木木质素特有的对羟基苯甲酸酯(PB)；木质素的主要侧链结构为β-O-4′、β-β′和β-5’，其含量分别为56/基于每100个芳香单元、9/基于每100个芳香单元和2/基于每100个芳香单元。其中β-O-4′结构含量较高，说明了木质素具有比较丰富的活性醚键。

图3为实施例二由桦木获得的天然木质素代表性二维HSQC图谱；由二维HSQC分离的桦木木质素图谱可以得出，构成桦木木质素的主要基本单元为愈创木基(G)和紫丁香基(S)基本单元；木质素的主要侧链结构为β-O-4′、β-β′和β-5’，其含量分别为72/基于每100个芳香单元、9/基于每100个芳香单元和2/基于每100个芳香单元。其中β-O-4′结构含量较高，说明了木质素同样具有比较丰富的活性醚键。

图4为实施例三由杉木获得的天然木质素代表性二维HSQC图谱；由二维HSQC分离的杉木木质素图谱可以得出，构成杉木木质素的主要基本单元为愈创木基(G)；木质素的主要侧链结构为β-O-4′、β-β′和β-5’，其含量分别为24/基于每100个芳香单元、2/基于每100个芳香单元和10/基于每100个芳香单元。木质素结构体现了典型针叶材木质素的特点，且结构完整，几乎没有缩合情况。

图5为实施例四由竹材获得的天然木质素代表性二维HSQC图谱；由二维HSQC分离的竹材木质素图谱可以得出，构成竹材木质素的主要基本单元为愈创木基(G)和紫丁香基(S)基本单元；木质素的主要侧链结构为β-O-4′、β-β′和β-5’，其含量分别为56/基于每100个芳香单元、8/基于每100个芳香单元和3/基于每100个芳香单元。其中β-O-4′结构含量较高，说明了木质素同样具有比较丰富的活性醚键。

图6为实施例五由秸秆获得的天然木质素代表性二维HSQC图谱；由二维HSQC分离的秸秆木质素图谱可以得出，构成秸秆木质素的主要基本单元为对羟苯基(H)、愈创木基(G)和紫丁香基(S)基本单元，芳香区存在对香豆酸酯(pCA)，是禾本类木质素的典型结构；木质素主要侧链结构为β-O-4′和β-β′，其含量分别为26/基于每100个芳香单元和3/基于每100个芳香单元。

图7为天然木质素的分子结构单元，A为β-O-4′，B为β-β’，C为β-5’，S为紫丁香基，G为愈创木基，H为对羟苯基，PB为对羟基苯甲酸酯，pCA为对香豆酸酯。

精准解离LCC酯键的验证实验：

(1)模型物验证：

模型物就是模型化合物，模型化合物是为了探索和模拟某些生物分子的结构与功能而由人工合成的化合物。木质素的结构十分复杂，所以一般会用一些代表其部分结构的模型物进行研究，从而推断出在木质素大分子中有可能会发生的反应效果。2-(2-甲氧基苯氧基)-1-(4-甲氧基苯基)乙醇-模型物A是典型的木质素模型物之一，而苯基-β-D-吡喃葡萄糖苷-模型物B作为LCC中醚键的模型物，苯甲酸苯甲酯-模型物C作为LCC的酯键模型物。

密闭反应具体是将0.5g模型物加入到10g氯化胆碱/尿素低共熔溶剂中，然后在搅拌速度为800r/min及温度为150℃的高压反应釜中，密闭加热搅拌6h，得到混合物，然后往混合物中分别加入30mL水、50mL乙酸乙酯和30mL饱和食盐水洗涤和萃取，将萃取分离的乙酸乙酯有机相加入到无水硫酸镁进行干燥，然后真空浓缩，最后取部分浓缩液溶解在1.5mL乙酸乙酯中进行气相和气相色谱质谱联用的检测；所述的氯化胆碱/尿素低共熔溶剂中氯化胆碱与尿素的摩尔比为1:2。

未密闭反应具体是将0.5g模型物加入到10g氯化胆碱/尿素低共熔溶剂中，然后在搅拌速度为800r/min及温度为150℃下，未封闭加热搅拌6h，得到混合物，然后往混合物中分别加入30mL水、50mL乙酸乙酯和30mL饱和食盐水洗涤和萃取，将萃取分离的乙酸乙酯有机相加入到无水硫酸镁进行干燥，然后真空浓缩，最后取部分浓缩液溶解在1.5mL乙酸乙酯中进行气相和气相色谱质谱联用的检测；所述的氯化胆碱/尿素低共熔溶剂中氯化胆碱与尿素的摩尔比为1:2。

图8为模型物反应前后的气相结合图，A为模型物2-(2-甲氧基苯氧基)-1-(4-甲氧基苯基)乙醇，B为模型物苯基-β-D-吡喃葡萄糖苷，C为模型物苯甲酸苯甲酯，1为反应前，2为密闭反应后，3为未封闭反应后，1a为2-(2-甲氧基苯氧基)-1-(4-甲氧基苯基)乙醇，1b是苯基-β-D-吡喃葡萄糖苷，1c是苯甲酸苯甲酯，2c为苯甲醇，3c为苯甲酰胺，4c为氨基甲酸苄酯；图9为模型物苯甲酸苯甲酯的反应机理图，1c是苯甲酸苯甲酯，2c为苯甲醇，3c为苯甲酰胺，4c为氨基甲酸苄酯。

1a是2-(2-甲氧基苯氧基)-1-(4-甲氧基苯基)乙醇，它是代表木质素的β-O-4’结构的经典模型物之一。在这里将其作为木质素模型物。图8A的反应结果显示，1a在密闭反应前后没有发生明显的反应，证明本体系对木质素醚键没有反应活性。

1b是苯基-β-D-吡喃葡萄糖苷，在这里作为LCC中醚键的模型物。图8B的结果显示，密闭反应后没有出现1b的断裂的单体产物，说明本体系对LCC中的醚键没有反应活性。

1c是苯甲酸苯甲酯，在这里作为LCC的酯键模型物。图8C的结果显示，当反应在未封闭的环境中反应时，没有新的产物生成(曲线3)。当反应在密闭条件下进行时，生成了苯甲醇(2c)、苯甲酰胺(3c)和氨基甲酸苄酯(4c)产物，证明了密闭条件下，氨气的存在促使了反应的发生。同时其反应机理在图9中展示出来，即氨气作为亲核试剂攻击1c中的羰基碳原子发生亲核加成反应，形成了一个四面体中间体，然后这个中间体通过去质子化和消去苄氧基团，最终形成了2c和3c。此外，由于体系中存在大量尿素，和苯甲醇2c反应生成了4c产物。

因此，综合以上的模型物反应，可以得出结论：本反应体系可以通过加温原位生成氨气，氨气作为亲核试剂对酯键进行亲核加成-消除反应，使其生成相应的酰胺和醇类产物。同时，本体系对各种醚键不具有反应活性。初步验证了本体系对酯键的反应选择性。

(2)实物验证：

对实施例一原料和纤维剩余物进行组分含量分析，如表2所示，表2中纤维素、半纤维素及木质素占原料或纤维剩余物的质量百分含量计算方法如下：将木粉原料或纤维剩余物加入到质量百分数为72％的硫酸溶液中，室温酸解1h，然后加水稀释到硫酸质量百分数为3％，于121℃酸解1h，最终得到不溶木质素与酸液，酸液中水溶性木质素的质量与不溶木质素的质量相加，得到木质素的总质量，纤维素和半纤维素的含量通过高效液相色谱测试酸液中葡萄糖和木糖的含量计算所得；

表2实施例一中原料和纤维剩余物的组分含量分析

表2为实施例一中原料和纤维剩余物的组分含量分析；由表可知，木质素含量从19.8wt％减少到13.2wt％，而纤维素和半纤维素几乎没有减少，整体保留率在96.1％。说明了本体系对纤维素和半纤维素几乎没有发生化学降解作用。

对实施例一原料和纤维剩余物进行红外表征，图10为实施例一原料和纤维剩余物的红外谱图，1为原料，2为纤维剩余物。酯键中的碳氧双键和碳氧键的峰均在剩余物中消失，说明了酯键的断裂。同时木质素和碳水化合物的主要结构的峰仍旧存在，说明了剩余物中的纤维素、半纤维素和未分离出来的木质素的结构仍旧比较完整。综合以上的表征，总体证明了本体系对天然木质素的精准分离，几乎未伤害剩余部分的结构。

磨木木质素(MWL)是目前公认的最接近天然木质素结构的木质素。按照现有文献方法分离木质素，并测试磨木木质素数据。具体实验过程：将30g60目杨木木粉放入行星球磨机中球磨48h(设置球磨十分钟，间隔10min)，然后取其中20g得到的磨木木粉加入到400mL二氧六环/水(v/v，96:4)混合溶液中，遮光条件下搅拌24h，离心分离出液体和剩余物，然后再将剩余物与新的400mL二氧六环/水(v/v，96:4)混合溶液遮光搅拌24h，并离心分离。将两步分离出的液相混合并浓缩至30mL，并将浓缩液滴入3倍体积的96％乙醇中，得到沉淀并分离，剩余的乙醇相浓缩至30mL，并将浓缩液滴入10倍体积的酸水(pH＝2)中沉淀出磨木木质素，并用酸水(pH＝2)洗涤后冷冻干燥。

同时对实施例一进行重复性实验，通过质量称量计算实施例一重复性实验后天然木质素得率(与表1计算方法相同)，并重新采用二维HSQC核磁对木质素结构进行表征和芳基醚键含量计算。

表3磨木木质素(MWL)和实施例一由杨木获得的天然木质素的连接键对比

	磨木木质素MWL	实施例一木质素
			生物质原料	60目杨木木粉	60目杨木木粉
木质素得率/％	7.1	27.3
			A(β-O-4’)含量/基于每100个芳香单元	55	54
B(β-β’)含量/基于每100个芳香单元	6	9
			C(β-5’)含量/基于每100个芳香单元	2	2
PB含量/基于每100个芳香单元	22	9
			S/G含量	1.2	1.8

图11为磨木木质素(MWL)和实施例一由杨木获得的天然木质素的2D HSQC对比图，A为β-O-4′，B为β-β’，C为β-5’，I为对羟基肉桂醇单元，G为愈创木基，S为紫丁香基，S’为氧化紫丁香基结构，PB为对羟基苯甲酸酯；表3为磨木木质素(MWL)和实施例一由杨木获得的天然木质素的连接键对比；

将实施例一木质素与MWL进行对比，从HSQC图和相应的连接键结算结果(表3)来看，实施例一分离的木质素的结构与MWL的很相似。从侧链区的连接键来看，两者的连接键的键型和数量都很相近(β-O-4’、β-β’和β-5’的数量接近)；从芳香区的芳环结构来看，都没有缩合情况，说明了结构的相近。因此实施例一的木质素对比MWL同样具有相近的天然结构。实施例一的S/G值要比MWL的更高，主要原因是酯键大多出现在S型木质素Cγ位和半纤维素的糖的连接处，实施例一对于酯键的断裂导致了更多的S型木质素的分离。同时PB结构的数量也有所下降，是由于PB结构中也有酯键，在反应过程中发生了部分断裂。

同时将图11、表3与图2、表1对比可知，按实施例一进行重复实验所得数据极为相近，由此可证明方法可重复性强，体系稳定。

综上所述，剩余物的完整保留和木质素的天然结构证明了本体系对于天然木质素的分离是基于对LCC酯键的精准解离。

Claims

1.一种分离天然木质素的方法，其特征在于它是按以下步骤进行的：

2.根据权利要求1所述的一种分离天然木质素的方法，其特征在于所述的生物质原料为阔叶材、针叶材、竹材或秸秆。

3.根据权利要求2所述的一种分离天然木质素的方法，其特征在于所述的生物质原料的粒度为5目～60目。

4.根据权利要求1所述的一种分离天然木质素的方法，其特征在于所述的氯化胆碱/尿素低共熔溶剂中氯化胆碱与尿素的摩尔比为1:(1～2)。

5.根据权利要求1所述的一种分离天然木质素的方法，其特征在于所述的生物质原料与氯化胆碱/尿素低共熔溶剂的质量比为1:(5～20)。

6.根据权利要求1所述的一种分离天然木质素的方法，其特征在于在搅拌速度为200r/min～800r/min及温度为140℃～180℃的密闭环境下，加热搅拌2h～12h。

7.根据权利要求6所述的一种分离天然木质素的方法，其特征在于在搅拌速度为800r/min及温度为150℃的密闭环境下，加热搅拌6h。

8.根据权利要求1所述的一种分离天然木质素的方法，其特征在于利用丙酮水溶液，将混合物进行溶解。

9.根据权利要求8所述的一种分离天然木质素的方法，其特征在于所述的丙酮水溶液中丙酮与水的体积比为7:3。

10.根据权利要求8所述的一种分离天然木质素的方法，其特征在于所述的混合物的质量与丙酮水溶液的体积比1g:(5～20)mL。