“Lignin-first”策略下镁碱催化原生木质素定向氧化为小分子有机酸的机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21908075
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0811.生物质转化与轻工制造
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The feasibility of fractionation and valorization of protolignin in lignocellulosic biomass determines the economy and sustainability of the overall utilization of biomass. Simultaneous separation and degradation of protolignin to low-molecular-weight organic acids such as formic acid and acetic acid by oxidation is a green and facile process design. But this process is hindered by serious side reactions; for instance, inert carbon-carbon bond condensation and deep oxidation to low-value carbon dioxide. According to the lignin-first strategy and the technique of cooking with active oxygen and solid alkali (CAOSA), a novel process for the selective oxidation of protolignin into low-molecular-weight organic acids is developed for which the proposed Magnesium-based catalysts can supply the reaction system with a regulated micro-alkaline environment. Initially, the Magnesium-based catalysts will be designed, prepared, characterized and screened to reveal the correlation between various preparation conditions of catalysts and their surface morphologies, chemical compositions, alkali site types and strength. Subsequently, interactions between degradation products selectivity and properties of Magnesium-based catalyst as well as structures of protolignin are going to be elucidated by monitoring structural changes of lignin during delignification process, investigating the distribution and evolution of products, and analyzing breaking mechanism of bonds for model molecules with a simplified lignin structure. Eventually, on the basis of the calculation of theoretical simulation and the kinetic models, the mechanism of Magnesium-based catalyst to inhibit inert condensation and deep oxidation pathways will be proposed. The following catalyst redesigning and reaction system regulating will be explored to optimize the selectivity of oxidative protolignin separation. The present study can potentially provide the theoretical references for the lignin-first approach to full utilization of lignocellulosic biomass.
原生木质素的分离和转化效率决定着生物质整体利用的经济性和可持续性,将其同步氧化分离并转化为小分子有机酸是一条相对绿色且简洁的思路,但如何抑制氧化分离过程中惰性碳碳键缩合和深度氧化为二氧化碳途径是难点。基于“lignin-first”策略和固体碱活性氧蒸煮技术,本项目拟在镁碱催化的可控微碱环境中将原生木质素定向氧化为小分子有机酸。首先通过对镁碱的设计、合成、表征和筛选,明确催化剂制备条件与其形貌、组成、碱位点类型以及碱强度关系;接着通过表征反应过程中木质素结构变化,分析小分子降解产物分布与演变规律,解析具有典型结构的木质素模型分子断键机制,进而把握镁碱特性与木质素结构以及反应选择性之间的联动关系;最后结合理论模拟计算与动力学模型,阐明镁碱催化对惰性缩合和深度氧化反应途径的抑制机制,探索催化剂再设计和反应体系调控方法,以期提高原生木质素氧化分离转化选择性,为木质素优先利用提供思路和理论参考。

结项摘要

微碱环境氧化脱木质素是一种相对绿色高效的木质素组分分离转化思路,本项目在新型固体碱活性氧水相蒸煮技术基础上,通过处理微碱制浆废液得到甲酸乙酸,成功实现了惰性缩合木质素的氧化利用,大幅提高了以甲酸和乙酸为代表的小分子有机酸得率,甲酸和乙酸的产率最高基于竹粉干重产率为21.5%,基于黄液中总碳的产率为57.0%,基于原生木质素(27.6%)的产率为77.7%;借助模型物反应的手段,模拟木质素不同化学结构和化学键在微碱环境下的反应过程,探明了氧化分离过程中碳碳键惰性缩合反应和深度氧化为二氧化碳反应途径的抑制机制,提出了微碱环境下木质素非酚结构的两种独特降解途径,结果表明,在微碱性条件下,非酚类结构的降解程度(1%-2%)低于酚类结构(3%-20%),但确实会发生降解;通过微碱弱化水热法高选择抽提半纤维素木聚糖,显著提高半纤维素组分分离选择性和利用附加值的同时,降低脱木质素固体碱用量,还可联产户外重组竹板,结果表明,可以控制竹材中木聚糖的水解,并保持竹材的力学性能,采用适当的碱抑制方法,木聚糖的最大产率可达16.8%,与炭化竹板相比,脱糖竹板的关键力学性能显著提高2~4倍,在相同条件下,脱糖竹板的防腐防霉性能优于炭化竹板。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Purification of xylooligosaccharides from bamboo with non-organic solvent to prepare food grade functional sugars
非有机溶剂纯化竹低聚木糖制备食品级功能糖
  • DOI:
    10.1016/j.rechem.2021.100153
  • 发表时间:
    2021-01-01
  • 期刊:
    RESULTS IN CHEMISTRY
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Jiang, Yetao;Wang, Xiaoyu;Lin, Lu
  • 通讯作者:
    Lin, Lu
Recent advances in the acid-catalyzed conversion of lignin
木质素酸催化转化的最新进展
  • DOI:
    10.1007/s13399-020-00976-8
  • 发表时间:
    2020-08
  • 期刊:
    Biomass Conversion and Biorefinery
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Zhen Wu;Lei Hu;Yetao Jiang;Xiaoyu Wang;Jiaxing Xu;Qingfeng Wang;Shenfang Jiang
  • 通讯作者:
    Shenfang Jiang
Directional liquefaction of lignocellulose in 1,4-dioxane–ethanol–formic acid co-solvents
1,4-二恶烷-乙醇-甲酸共溶剂中木质纤维素的定向液化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Chemical Technology & Biotechnology
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Zhen Wu;Fei Wang;Lei Hu;Yetao Jiang;Xiaoyu Wang;Jiaxing Xu
  • 通讯作者:
    Jiaxing Xu
Improved lignin pyrolysis over attapulgite-supported solid acid catalysts
在凹凸棒石负载的固体酸催化剂上改进木质素热解
  • DOI:
    10.1007/s13399-020-00667-4
  • 发表时间:
    2020-03
  • 期刊:
    Biomass Conversion and Biorefinery
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Zhen Wu;Fei Wang;Jiming Xu;Jun Zhang;Xinxu Zhao;Lei Hu;Yetao Jiang
  • 通讯作者:
    Yetao Jiang
Catalytic Liquefaction of Highly Inert Refining Residue over an Attapulgite-Supported Niobium Catalyst
凹凸棒石负载铌催化剂催化液化高惰性精炼渣油
  • DOI:
    10.1007/s10562-021-03889-x
  • 发表时间:
    2022-01
  • 期刊:
    Catalysis Letters
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Zhen Wu;Yetao Jiang;Xiaoyu Wang;Jiaxing Xu;Lei Hu
  • 通讯作者:
    Lei Hu

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其他文献

基于木质生物质分级利用的组分优先分离策略
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    化学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    蒋叶涛;宋晓强;孙勇;曾宪海;唐兴;林鹿
  • 通讯作者:
    林鹿

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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