ACS Sustainable Chem. Eng. 还原催化分离法整体利用工业大麻生物质
背景介绍
工业大麻是一种重要的工业纤维来源，与棉花类似，广泛用于纺织品生产，还可用于生产绝缘材料、生物塑料等产品。工业大麻的纤维成分主要来自于该植物茎秆的外皮部分。加工时，外皮部分被剥去生产纤维，而占茎秆总质量约70%的内芯则作为副产物没有得到较好利用。本文中，来自瑞典斯德哥尔摩大学的Joseph S. M. Samec和Aji P. Mathew课题组利用还原催化分离（RCF）的方法转化利用大麻芯，得到了大量酚类单体和纤维浆料成分。如Scheme 1所示，酚类单体可进一步制取三苯（BTX）等产物；纤维浆料和大麻外皮可用于生产纺织品，最终实现工业大麻的整体利用。
图文解读
RCF典型反应条件为：大麻芯0.2 g，5%Pd/C 20 mg，70%甲醇水溶液4 ml，甲醇溶液中含1.1 g/L的对甲苯磺酸和80 mg甲酸，200 ℃，4 h。在此条件下，大麻芯中木质素有效解聚，最高得到了38.3%的木质素单体组分，超过了理论收率的95%（表1）。高收率原因是大麻芯具有丰富的孔道和较薄的细胞壁，这样有助于质量传递（图1）；而且大麻芯木质素含有较高的S单元结构。此外，甲酸和对甲苯磺酸在反应中起到了提供氢源和酸解的作用。
RCF反应后的固体包含大麻芯的纤维成分和催化剂，它们难以分离。因此作者在无催化剂的类似条件下重新做了反应，以研究大麻芯纤维部分的利用方式。如图2所示，反应后固体部分主要含有纤维素。该固体产物进一步漂白后得到较为白净的纤维材料，收率达到30%，其中纤维素含量达到95%。该材料进一步加工可做成纤维素纳米膜（图3），可用于食品包装、滤膜、隔热材料等领域，该材料中纤维素直径为5-10 nm（图4）。
通过一些表征（图5），作者认为所做的纤维素纳米膜具有优秀的结构和理化性能，整体性能达到传统纤维素纳米膜的水平，因此具有较好应用前景。
总结
工业大麻芯属于一种低值的工业副产物。通过RCF反应可有效解聚其中的木质素成分，得到收率为38.3%的酚类单体成分。剩余的纤维浆料部分可以通过漂白、机械加工等方法制取各种纤维素产品，收率达到30%，性能与传统产品相近。因此，该方法大幅提高了工业大麻的整体利用率及其经济价值。
原文链接：
https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c06607
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