在当今资源与环境问题日益严峻的时代，寻找可再生、可持续的资源利用方式成为了科研领域的热门话题。木质纤维素生物质作为地球上最为丰富的可再生资源之一，主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，它有望成为未来能源、化学品和材料的重要原料。然而，木质纤维素复杂的结构和内部的交联作用，就像一把坚固的 “锁”，使得高效分离和分级这一 “开锁” 过程成为了生物质转化利用道路上的关键难题。
传统的工业制浆技术，如硫酸盐法、亚硫酸盐法和苏打法制浆，虽然在生产纤维素纤维方面效率较高且应用广泛，但它们在苛刻条件下使用大量化学药剂，这不仅不符合可持续发展的理念，还会对环境造成较大压力。于是，深共熔溶剂（DES）作为一种绿色替代方案，逐渐进入了人们的视野。DES 因其低毒性、可生物降解和高效性等特点，在木质纤维素分级领域受到越来越多的关注。其中，乳酸 / 氯化胆碱（LA/ChCl）DES 体系表现尤为突出，它能够有效地溶解木质素，部分水解半纤维素，同时还能保持纤维素的完整性，被视为生物质分级工业应用的有力候选者。
但是，在 LA/ChCl DES 体系的实际应用中，却遇到了一个棘手的问题 —— 回收再利用时效率下降。尽管目前已经探索了多种 DES 回收方法，像蒸发 / 蒸馏、反溶剂添加、膜过滤等，但仍有研究表明，回收的 DES 由于受到生物质中污染物和矿物质的影响，其理化性质发生改变，导致预处理效率降低。而且，DES 的热稳定性差，对生物质衍生的杂质敏感，这些杂质会破坏氢键供体（HBDs）和氢键受体（HBAs）之间的氢键，进一步限制了 DES 的可回收性和应用。
为了攻克这一难题，来自国内的研究人员开启了深入的探索之旅。他们聚焦于 LA/ChCl DES 在木质纤维素分级中的可回收性，着重研究溶解的半纤维素及其降解产物对回收效率的影响。研究人员通过一系列实验，取得了重要成果，这些成果对于推动生物质分级技术的发展具有重要意义，相关研究成果发表在《Bioresource Technology》上。
研究人员采用了多种关键技术方法来开展研究。在实验材料准备上，选取了中国江苏省产的杨木片作为木质纤维素生物质样本，购买了相关化学试剂用于制备 DES。在实验操作中，按照特定摩尔比制备 LA/ChCl DES，并利用该 DES 对木质纤维素生物质进行分级处理及回收操作。此外，运用多种分析方法，如对回收 DES 的理化性质分析、对分级后产物的成分和结构分析等，来深入探究相关影响机制。
下面来详细看看研究结果：
- DES 回收利用对脱木质素效率的影响：经过多次循环实验发现，随着 DES 循环次数增加，脱木质素效率显著降低。新鲜 DES 处理时，脱木质素程度可达 80%，但经过三次循环后，仅为 64%，同时残留木质素含量从最初的较低水平增加到 9.64%，这表明纤维分离不完全。
- 对溶解木质素性质的影响：回收 DES 中溶解木质素的分子量增加，通过二维异核单量子相干核磁共振（2D HSQC NMR）分析发现，β-O-4 键的断裂减少，这意味着木质素的解聚过程受到了阻碍。
- 回收 DES 理化性质的改变：积累的溶解半纤维素及其降解产物（如乙酸、糠醛）改变了 DES 的性质。DES 的粘度增加，氢键碱性降低，这些变化阻碍了传质过程，影响了木质素 - 碳水化合物复合物的解离以及木质素的解聚。
针对这些问题，研究人员提出了两种有效的改进策略：
- 活性炭吸附：通过活性炭吸附去除半纤维素降解产物，可将脱木质素程度提高到 77%，接近新鲜 DES 处理时的 80%，有效改善了回收 DES 的性能。
- 预水解：在 DES 分级处理前进行水热预处理，尽量减少半纤维素的干扰。经过三次循环后，脱木质素程度可达 82%，相比未处理的情况有了显著提升，接近新鲜 DES 处理时的 90%。
研究结论和讨论部分进一步强调了研究成果的重要意义。该研究系统地揭示了半纤维素及其降解产物对 LA/ChCl DES 回收利用效率的影响机制，明确了关键影响因素。同时，提出的活性炭吸附和预水解这两种实用策略，为提高 DES 的可回收性提供了切实可行的方法，有助于推动绿色生物质分级技术的发展，使 DES 能够更好地应用于可持续生产实践，为实现生物质资源的高效、绿色利用奠定了坚实的理论和实践基础。
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