以形成木质素的三种基本结构单元，分别为愈创木基、紫丁香基和对羟苯基，如图 4 。木质素分子结构复杂，分子中含有羟基、羧基、甲氧基、羰基以及醚键等多种活性基团，因此可以进行氧化、还原、水解等多种化学反应。
图 4 木质素的结构单元
通常纤维素的含量为30%-50%，半纤维素含量为20%-25%，木质素含量为15%-30%
5.1.4 DES低共熔溶剂
低共熔溶剂是一种氢键受体和氢键共同组合而成的俩组分或者三组分低共熔混合物，其凝固点低于各个组分物质的熔点，是一种能在常温下保持液态物质。如将氯化胆碱（氢键供体）和尿素（氢键受体）混合即可得到低共熔溶剂，制备简单且不需要纯化。低共熔溶剂在较大温度范围内都可保持液态，具有良好的水溶性、不可燃性、生物适性可降解性等优势。在经济和环保方面都具有较大的优势。低共熔溶剂在一定温度下可以裂解大部分β-0-4键，从而实现木材中木质素、半纤维素和纤维素的分离。而其本身溶解能力有限，对纤维素基本不具备溶解能力，反而能大量溶出木质素和半纤维素。
5.2 工艺流程的选择
对木质纤维素组分进行有效分级分离，是其高效利用的前提条件。木质纤维素预处理主要包括蒸汽爆破与利用离子液体、有机溶剂、稀酸
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和稀碱预处理等方法。然而，这些传统处理方法存在能耗大，价格昂贵和潜在的环境污染等问题。近年来，低共熔溶剂由于具有溶解木质素能力强、绿色无污染等优势，逐渐成为一种良好的生物质预处理流程。2003年，Abbot等首次报道了DES的概念，并制备了氯化胆碱与尿素物质的量比1：2的DES熔剂。随后，Francisco等首次利用苹果酸-脯氨酸DES溶解木质素，当苹果酸-脯氨酸物质的量比1：3，温度100℃时，木质纤维素溶解度为14.9%。Fang等利用氯化胆碱-甘油按物质的量比1；2制备DES，并对木质纤维素进行预处理，残渣中纤维素含量为34.4%，木质素移除率22%。Procentese等利用氯化胆碱-咪唑物质的量比3∶7制备DES预处理木质纤维素, 木质素移除率23.8%, 残渣中纤维素含量41.1%
研究表明, DES在预处理木质纤维素过程中, 生物质结构中连接纤维素与木质素的半纤维素被降解, 从而使木质素与纤维素分离;连接木质素与半纤维素的酯键也被打断, 从而使木质素与半纤维素分离;在DES溶剂中, 半纤维素水解为低聚糖;通过氢键和π—π键相互作用, DES溶解木质素, 并使其发生部分解聚。Alvarez-Vasco等利用DES预处理杨木生物质, 在分离纯化木质素过程中将木质素大分子内醚键打断,（氯离子和羟基之间强烈的氢键作用弱化了木质素中的醚键连接，使得醚键断开生成了羟基） 得到分子量890 g/mol的木质素, 相比于未处理木质素的分子量 (2 950 g/mol) 要小得多。
在众多的低共熔溶剂中，FaCh（乳酸/氯化胆碱）的木质素脱除率最高，可达84.29%，残渣纤维素含量为73.20%，这是因为FaCh（乳酸/氯化胆碱）中较强的氢键能在短时间内将半纤维素水解，并通过氢键和Π-Π键的相互作用溶解木质素。但在此过程中DES对纤维素并无任何作用，故纤维素可以以沉淀形式析出。而木质与半纤维素共同溶液中木质素是以物理作用与DES结合，故后续通过浓缩处理即可把木质素分离。最后溶液中仅剩低共熔溶剂与半纤维素，通过纳滤分离把半纤维素分离出来即可。
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图 5 DES处理秸秆的木质素移除率
六、 工艺流程的确定
乳酸/氯化胆碱对于木质纤维素的处理效果最佳，故本文选用乳酸/氯化胆碱低共熔溶剂对木质纤维素组分进行分离。机理图如图 65和图 6，在此条件下, 残渣纤维素含量74.31%, 木质素移除率81.49%, 木质素纯度77.07%。各种低共熔溶剂的纤维素脱除率如图 5具体流程如下（示意图如图 7）。
1.将配制的乳酸/氯化胆碱低共熔溶剂加入风干粉碎后的植物纤维原料，将固液混合物加入常压反应釜中进行加热蒸煮处理，得到低共熔溶剂处理后的混合物。（乳酸与氯化胆碱的体积比为5：1；粉碎后的植物纤维颗粒包括20目-80目的颗粒；植物纤维原料与低共熔溶剂的固液比为1：5；在反应釜中的蒸煮条件为：最高温度110-140℃，保温时间为3-12h）
2.将1）中制备得到的低共熔溶剂处理后的混合物经滤网挤压过滤后，经洗涤液洗涤得到不溶物纤维素和木质素的低共熔溶剂溶出液。（洗涤液为丙酮、乙醇、水）
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3.将2）中所得含半纤维素及木质素的低共熔溶剂溶出液经浓缩后，再生分离得到木质素和含半纤维素的低共熔溶剂水溶液
4.将3）中所得的含半纤维素的低共熔溶剂水溶液经浓缩脱水后进行纳滤分离得到半纤维素（所述纳滤分离分子量为200道尔顿）工艺流程简图如图 8
5.流程结束后的乳酸和氯化胆碱可以利用乳酸可溶于乙醚，氯化胆碱不可溶于乙醚用乙醚萃取乳酸来分离，或者直接循环利用。
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图 6降解半纤维素机理图A
图 6降解半纤维素机理图B
图 7 流程示意图
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6000吨秸秆原料分离木质纤维素 设计文稿 - 图文
