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ChemSusChem:克服木质素催化解聚体系中传质限制的关键策略2023-04-19
河南师范大学李立霞副教授与华南理工大学龙金星教授ChemSusChem期刊发文评述了近年来木质素非均相催化解聚过程中通过减小木质素大分子传质阻力以提高产物收率和选择性的关键策略所取得的研究进展。文章重点讨论了木质素大分子尺寸的表征技术,并以此为前提,总结了木质素大分子传质效率的影响因素以及减少传质限制的关键策略。

 

 

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在当前“碳达峰”和“碳中和”的国家战略背景下,将木质素这一可再生芳香聚合物高效转化为化学品和液体燃料对减轻化石资源的依赖具有重要的意义。然而,由于木质素尺寸较大、结构不确定性且在溶剂中容易发生动态变化等特点影响其在催化剂表面的吸附和扩散性质,当前非均相催化木质素解聚技术存在以下瓶颈:(1)催化剂对模型化合物的效果显著,但对真实木质素的催化解聚效率仍然较低;(2)使用贵金属催化剂,成本较高;(3)产物的收率和选择性较低。

针对上述问题,河南师范大学李立霞副教授和华南理工大学龙金星教授在ChemSusChem期刊发表前瞻性综述文章,归纳了近年来采用不同表征技术(如X射线散射、小角中子散射和动态光散射等)测定的木质素颗粒/分子尺寸大小和结构方面取得的研究进展。以此为指导,作者阐述了通过减少扩散阻力来提高产物收率和选择性的关键策略,包括精确控制反应条件,消除内外扩散阻力;利用高度分散和“可溶性”固体催化剂可有效减少催化剂颗粒内的扩散阻力;理性设计具有多级孔道结构的材料减少扩散限制,实现木质素的逐级解聚。并对比了三种策略的优势和前景。

该综述同时提出未来发展方向和展望,包括针对木质素动态结构变化发展多种相结合的原位表征技术、将反应动力学和机理研究相结合来预测催化过程、发展非均相催化剂均相化技术以及引入多级和扩散因子等参数阐明催化剂的多孔性对木质素内外扩散阻力的影响。该文章加深了木质素解聚动力学过程的理解,为高效催化剂的设计提供了指引和方向。

文信息

Critical Techniques for Overcoming the Diffusion Limitations in Heterogeneously Catalytic Depolymerization of Lignin

Lixia Li,* Manman Cui, Xiaobing Wang, and Jinxing Long*

ChemSusChem

DOI: 10.1002/cssc.202202325

 

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