林木生物质精炼是国际前沿科学研究领域，也是“十四五”生物质科学和技术发展的重要方向之一。其目标是以林木生物质资源为对象，根据其结构和组分构效特点，通过化学、物理、机械、生物以及组合的方法来进行炼制，发展将纤维素、半纤维素和木质素定向转化为高值化、功能性产物的精炼策略及科学方法。聚焦于此，本书以新型绿色的低共熔溶剂体系为主线，介绍将林木生物质组分解聚分离并转化为生物基纳米材料、能源和化学品的研究成果。本书的内容较新，特点是以不同的研究实例为代表，对了解或开展相关研究具有很好的参考价值。
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前言
第1章 绪论 1
1.1 低共熔溶剂的概念及由来 1
1.2 低共熔溶剂分类 2
1.3 低共熔溶剂发展及应用 3
1.4 低共熔溶剂与生物质精炼 5
1.4.1 低共熔溶剂处理木质纤维 5
1.4.2 低共熔溶剂分离木质素 6
1.4.3 低共熔溶剂处理制备纳米纤维素 6
1.5 本书的思路与内容 7
参考文献 7
第2章 低共熔溶剂的制备及基本理化性质 10
2.1 背景概述 10
2.2 制备方法 10
2.3 物理化学性质指标 11
2.4 理论计算 12
2.5 不同低共熔溶剂的制备及性能分析 13
2.5.1 原材料和试剂 13
2.5.2 实验仪器和设备 13
2.5.3 实验方法 13
2.5.4 低共熔溶剂的初步筛选 15
2.5.5 氯化胆碱基低共熔溶剂的制备 17
2.5.6 Kamlet-Taft溶剂化显色参数测定 18
2.5.7 木质原料“抗解聚屏障”模型物对低共熔溶剂的反应测试 18
2.5.8 木质组分模型物在低共熔溶剂中的溶解性测试 20
2.5.9 杨木原料在低共熔溶剂中的解聚测试 21
2.6 本章总结 22
参考文献 22
第3章 双组分低共熔溶剂结合微波超高效炼制生物质 25
3.1 背景概述 25
3.2 材料和方法 25
3.2.1 原材料和试剂 25
3.2.2 实验仪器和设备 26
3.2.3 实验方法 26
3.2.4 测试与分析方法 28
3.3 结构表征分析 29
3.3.1 不同加热方式的影响 29
3.3.2 纤维素剩余物和分离木质素的质量分数 30
3.3.3 低共熔溶剂对LCC结构和木质素结构的作用 30
3.4 分离产物的转化利用基础 40
3.4.1 微波低共熔溶剂提取木质素的自组装特性 40
3.4.2 纤维素剩余物的纳米纤丝化 42
3.4.3 低共熔溶剂中糖组分分析 43
3.4.4 低共熔溶剂回收再利用 44
3.5 本章总结 45
参考文献 45
第4章 三组分低共熔溶剂中生物质组分解离 48
4.1 背景概述 48
4.2 材料和方法 48
4.2.1 醚键解离能及氢键强度的理论计算方法 48
4.2.2 三组分低共熔溶剂预处理木质纤维 49
4.3 醚键解离能及氢键强度计算结果分析 49
4.4 三组分低共熔溶剂性质及对生物质的解构效率 52
4.4.1 合成低共熔溶剂的组分选择 52
4.4.2 三组分低共熔溶剂的配比 54
4.4.3 三组分低共熔溶剂的化学官能团 54
4.4.4 三组分低共熔溶剂的氢键酸性和氢键接受能力 55
4.4.5 三组分低共熔溶剂的组分相互作用机理 57
4.4.6 三组分低共熔溶剂分离木质素的效率 58
4.4.7 三组分低共熔溶剂竞争木质素的氢键 60
4.4.8 三组分低共熔溶剂对木质素化学键的断裂方式 62
4.4.9 三组分低共熔溶剂分离木质素的机理 65
4.5 本章总结 66
参考文献 67
第5章 可调控低共熔溶剂中木质素模型物抑制缩合转化机理 70
5.1 背景概述 70
5.2 材料和方法 71
5.2.1 材料 71
5.2.2 木质素模型物的制备方法 71
5.2.3 低共熔溶剂的制备 76
5.2.4 木质素模型物的转化 76
5.2.5 柱层析色谱分离产物 77
5.2.6 表征与检测 77
5.3 木质素模型物解聚转化 78
5.3.1 木质素缩合问题和功能性低共熔溶剂的提出 78
5.3.2 抑制缩合低共熔溶剂中模型物反应初试 78
5.3.3 以缩醛产物6aa为主的模型物反应优化 81
5.3.4 以二醇产物4aa为主的模型物反应优化 84
5.4 转化机制分析 97
5.5 本章总结 99
参考文献 99
第6章 抑制缩合低共熔溶剂中木质纤维可控精炼 101
6.1 背景概述 101
6.2 材料和方法 101
6.2.1 原材料和试剂 101
6.2.2 实验方法 101
6.3 表征检测 103
6.3.1 核磁共振检测 103
6.3.2 GC-MS检测 103
6.3.3 GC-FID检测 103
6.3.4 HPLC测试 103
6.4 结果与讨论 104
6.4.1 木质素分离方法 104
6.4.2 木质素结构分析 108
6.4.3 回收低共熔溶剂的表征 109
6.4.4 抑制缩合木质素的催化氢解和酸解 111
6.4.5 纤维素剩余物的组分含量 116
6.4.6 纤维素剩余物的微观形貌表征 117
6.4.7 纤维素剩余物的酶解糖化处理 118
6.5 本章总结 119
参考文献 120
第7章 二醇调控低共熔溶剂促进木质纤维全组分精炼 121
7.1 背景概述 121
7.2 材料和方法 122
7.2.1 二醇调控低共熔溶剂的配制 122
7.2.2 DES解离木质纤维 122
7.2.3 纤维素酶解处理 122
7.2.4 分离木质素的氢解转化 123
7.2.5 半纤维素转化组分的检测 123
7.3 二醇调控低共熔溶剂的抑制缩合作用 123
7.3.1 解离后固含物组分分析 123
7.3.2 解离后木质素结构和抑制缩合机理分析 124
7.4 不同二醇调控低共熔溶剂解离后的固含物表征及转化 125
7.4.1 解离固含物的组分含量分析 125
7.4.2 解离固含物的结构表征 125
7.4.3 解离固含物纳米开纤化 127
7.4.4 固含物的酶解转化 128
7.5 木质素结构解析及转化 128
7.5.1 木质素表面颜色及得率 128
7.5.2 分馏木质素的二维核磁表征 129
7.5.3 木质素解聚转化 131
7.6 半纤维素转化产物检测 132
7.7 本章总结 133
参考文献 133
第8章 低共熔溶剂高效预处理生物质结合超声制备纳米纤维素 135
8.1 背景概述 135
8.2 材料和方法 135
8.2.1 原材料和试剂 135
8.2.2 实验方法 136
8.3 结构表征分析 137
8.3.1 预处理后棉花纤维的形貌观察 137
8.3.2 纤维素晶型及相对结晶度 137
8.3.3 傅里叶变换红外光谱检测表面官能团 137
8.3.4 碳原子化学连接方式的13C核磁共振分析 138
8.3.5 纤维素聚合度、表面电位和电荷的测量 138
8.3.6 纤维素热稳定性测量 138
8.3.7 溶液中羟甲基糠醛含量的测定 138
8.4 产物性能检测 138
8.4.1 低共熔溶剂预处理制备杨木纳米纤维素 138
8.4.2 不同生物质原料制备纳米纤维素 139
8.4.3 超高含量棉花纤维制备纳米纤维素 140
8.5 本章总结 149
参考文献 149
第9章 水合低共熔溶剂预处理结合超声规模化制备纳米纤维素 151
9.1 背景概述 151
9.2 材料和方法 152
9.2.1 纸浆原料制备 152
9.2.2 水合低共熔溶剂处理纸浆原料 152
9.2.3 高频超声法制备纳米纤维素 153
9.2.4 纳米纤维素中试规模制备 153
9.3 结构表征分析 153
9.3.1 水合低共熔溶剂的分子动力学模拟 153
9.3.2 低共熔溶剂的溶剂化显色参数 156
9.3.3 得率及组分含量 158
9.3.4 红外光谱分析 159
9.4 产物性能检测 160
9.4.1 晶型和结晶度检测 160
9.4.2 热稳定性分析 160
9.4.3 纳米纤维素的形貌变化 161
9.4.4 扫描电镜分析 165
9.4.5 规模化处理和制备纳米纤维素 166
9.5 本章总结 167
参考文献 168
第10章 水合金属盐类低共熔溶剂室温溶解纤维素 170
10.1 背景概述 170
10.2 材料和方法 170
10.2.1 纤维素原料 170
10.2.2 低共熔溶剂的制备 171
10.2.3 低共熔溶剂溶解纤维素 171
10.2.4 密度泛函理论计算 171
10.2.5 溶剂的酸解离常数计算 171
10.2.6 溶剂化显色参数测试 171
10.2.7 高效液相色谱分析 172
10.3 设计氢键分子剪刀溶剂 172
10.4 利用设计的低共熔溶剂室温溶解纤维素 175
10.5 再生纤维素结构表征 178
10.6 溶剂的普适性与循环使用性检验 180
10.7 本章总结 181
参考文献 182
需关注的问题 184
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