基于熔鹽水合物預處理的木質纖維生物質精煉研究進展

曹瀟灑 夏偉宇 邵魯鵬，* 王 超 毛健貞 劉 玉 許 鳳，2，*

（1.齊魯工業大學（山東省科學院） 生物基材料與綠色造紙國家重點實驗室/制漿造紙科學與技術教育部重點實驗室，山東濟南，250353；2.北京林業大學林木生物質化學北京市重點實驗室，北京，100083）

隨著世界經濟的發展，人類對于能源的需求日益增長，資源消耗的速度也逐年增加快，不可再生的化石資源日益減少，各國將會面臨嚴重的能源危機，并且化石資源的利用也帶來嚴重的環境問題，人們迫切需要尋找一種環保、可再生的資源來代替化石資源。木質纖維生物質資源具有儲量豐富、可再生、碳平衡等優點，可以利用物理、化學或生物等方法來生產能源燃料和生物基化學品，從而有效改變能源利用結構，推動社會經濟和環境的可持續發展，助力實現碳達峰、碳中和的戰略目標[1-3]。木質纖維生物質主要由纖維素（40%～50%）、半纖維素（20%～30%）和木質素（15%～30%）組成。纖維素是由葡萄糖通過β-1,4糖苷鍵連接而成的線形聚合物，有望用于大規模生產葡萄糖，進而生產各種生物燃料（生物乙醇、丁醇等）和生物化學品（5-羥甲基糠醛（5-HMF）、乳酸、乙酰丙酸等）[4-5]。木聚糖是半纖維素的主要成分之一，主要由木糖組成，木糖可以衍生成木糖醇、糠醛等化學品[6]。木質素是自然界中含量最為豐富的芳香族聚合物，可化學轉化為芳香類化學品和生物油[7]。木質纖維生物質的細胞壁結構復雜且致密，主要組分分布不均，互相交織，形成了天然的抗降解屏障，嚴重阻礙了其主要組分的高效分離及高值化利用[8]。因此，開發綠色、經濟、高效的預處理技術，打破木質纖維生物質的抗降解屏障，實現木質纖維生物質全組分的清潔分離及高效利用，對于發展木質纖維生物質精煉技術體系具有重要意義。

熔鹽水合物（molten salt hydrate，MSH）是一種類離子液體體系，與傳統離子液體相比，具有價格低廉、制備簡單、無揮發、無毒、環境友好等優點[9]。近年來，MSH體系在生物質精煉領域引起了極大關注，為溫和條件下生物質精煉提供了新的思路。本文重點綜述了MSH體系在木質纖維生物質預處理及高值化應用領域的研究進展，以期為木質纖維生物質精煉探究提供新的借鑒與思路。

1 MSH的概述

MSH是一種高度濃縮的無機鹽溶液，其濃度范圍在固體水合物和濃鹽水溶液之間，定義是其鹽水摩爾比接近于鹽的陽離子與水分子的配位數，在這個濃度下，只有離子-水的相互作用，幾乎沒有水-水和離子-離子的作用（圖1）[10-12]。水合陽離子可以極化水分子，使其質子呈酸性；鹽的陰離子通過解除對質子的屏蔽，增大質子離開水的傾向，從而提高酸度；具有與離子液體類似的溶脹纖維素、破壞氫鍵、增加溶解度的作用。

圖1 全系列鹽濃度范圍內的陽離子-水配位[10]Fig.1 Cation-water coordination over the full range of salt concentration

2 MSH與纖維素的相互作用

眾所周知，纖維素分子鏈上的羥基之間可以締合成分子內和分子間的氫鍵，形成復雜的氫鍵網絡。根據纖維素分子內和分子間的相互作用及分子取向不同，可以將纖維素的結構分為結晶區和無定形區。結晶區內的大量氫鍵及高度取向、致密的超分子結構使結晶區纖維素具有良好的穩定性，難以溶解于普通溶劑中，限制了纖維素轉化成葡萄糖、乙酰丙酸等化學品及在功能化材料制備方面的應用?；诶w維素溶解的效率、環保性和可操作性而言，通過直接破壞氫鍵使纖維素溶解的非衍生化溶劑不斷地被開發出來，常見的主要體系有堿/尿素、N-甲基嗎啉-N-氧化物（NMMO）、離子液體、MSH等，本節主要介紹MSH在纖維素溶解、水解轉化及功能化改性方面的研究進展。

2.1 MSH在纖維素溶解中的應用

MSH雖然是類離子液體體系，但是MSH和離子液體溶解纖維素的機理有所差別。離子液體溶解纖維素主要是通過其內部的陰離子基團與纖維素的氫氧根形成新的氫鍵，破壞纖維素大分子中原有的氫鍵，導致其溶解[13]。而MSH溶解纖維素的機理則是基于MSH中陰、陽離子的共同作用，即陽離子與纖維素的氧原子作用引起電子轉移，高負電性的鹵族陰離子與纖維素大分子中的羥基結合，形成新的氫鍵，導致纖維素溶解[14-16]。

近年來，人們對纖維素與MSH的相互作用做了諸多研究，根據其潤脹、溶解、水解纖維素的能力對MSH進行了分類（表1），發現影響纖維素溶解能力的因素主要包括陰、陽離子種類、MSH中的水含量、溶液的酸度等[10，17]。Liu等人[18]利用量熱法和1H NMR研究了不同氯鹽 （ZnCl2、LiCl、NaCl、KCl、NH4Cl）對纖維二糖溶解度的影響，發現其在氯鹽溶液中溶解度的變化順序遵循Hofmeister’s級數 （ZnCl2＞ LiCl ＞NaCl ＞ H2O ＞ KCl ＞ NH4Cl），并且除 KCl外，纖維二糖的溶解度隨著鹽濃度的增加而增加；Zn2+和Li+水合物可以與纖維二糖的O5和O6位置的氧原子相互作用，并與Cl-結合，導致纖維二糖氫鍵斷裂。Xi等人[19]首次在室溫下利用二元無機鹽溶劑AlCl3/ZnCl2·4H2O溶解纖維素，發現離子半徑小、電荷密度大的Al3+首先破壞纖維素O3和O5之間的氫鍵，然后Zn2+進入纖維素鏈，破壞更多的氫鍵，導致纖維素鏈擴散，即使在室溫下也能形成清晰透明的纖維素溶液（圖2）；隨后研究了其他由離子半徑足夠小的金屬離子組成的二元無機鹽溶液（如AlCl3/ZnCl2、LiCl/ZnCl2、FeCl3/ZnCl2、MnCl2/ZnCl2），發現以上無機鹽溶液均可以在室溫下溶解纖維素，進一步證明離子半徑是有效溶解纖維素的關鍵因素。MSH中水含量是纖維素溶解的關鍵因素，它可以影響陽離子配位球的結構及體系的酸度。傅曉童[20]探究了纖維素在LiBr水合物中的溶解作用機制，發現當配位數≥2.5時LiBr·nH2O呈現非晶態，Li+可以通過離子-偶極作用同時配位6個水分子，當溶液含水量較高時，Li+沒有剩余配位點可以配位纖維素的官能團，即Li+的配位能力隨著溶液含水量的增加而明顯降低，導致纖維素的溶解度下降。MSH中具有Lewis酸性的金屬陽離子與配位水分子中的氧原子之間的強相互作用可使金屬-水的絡合物M(H2O)nx+水解形成金屬氫氧根-絡合物M(H2O)n-y(OH)y(x-y)+和水合離子yH3O+，導致體系呈現酸性，破壞纖維素結構中的氫鍵，引起纖維素潤脹或溶解[21]。由此可見，MSH本身所具有的Br?nsted酸性不僅可以溶解纖維素，還可以作為催化劑水解和衍生化纖維素，進而啟發了酸化MSH（稀無機酸+MSH）的研究，促進纖維素的水解轉化及其在功能化材料方面的應用。

圖2 室溫下纖維素在AlCl3/ZnCl2·4H2O溶液中的溶解過程示意圖[19]Fig.2 Schematic dissolution process of cellulose in AlCl3/ZnCl2·4H2O solution at room temperature[19]

表1 熔融鹽水合物的分類[10, 17]Table 1 Classification of molten salt hydrate[10, 17]

2.2 MSH在纖維素水解轉化中的應用

將木質纖維生物質轉化為可持續的化學品和燃料為部分替代石油提供了廣闊的前景[22]。生物質水解轉化的重要挑戰是纖維素轉化為葡萄糖[23]，因為葡萄糖是生物煉制過程中的重要中間體，可以通過生物酶或化學催化轉化成生物能源或化工產品[24-25]。纖維素分子鏈內和鏈間的大量氫鍵形成的高結晶度結構限制了均相和非均相酸對纖維素中β-1,4糖苷鍵的可及性，導致纖維素水解反應效率低。目前，水解纖維素的技術主要包括使用昂貴的酶在長時間反應、低溫濃酸水解、高溫稀酸水解、固體酸水解等，但是這些反應存在能耗高、反應器腐蝕、不良副產物、催化劑失活及回收困難等問題，限制了纖維素的高效水解。研究發現，酸性MSH可以在溫和的條件下（低酸濃/溫度）促進纖維素的水解，并有助于克服上述的障礙和限制。Deng等人[26]在相對溫和的條件下（70～115 ℃）采用9種酸化MSH作為纖維素水解的反應介質，發現以LiBr水合物為介質，纖維素可以在溫和的條件下（0.05 mol/L H2SO4，85 ℃，30 min）有效水解，葡萄糖的產率為82%；動力學研究表明，纖維素水解是由MSH和Br?nsted酸的協同作用完成的，這種協同作用可以增強反應體系的酸性，提高纖維素水解速率，破壞纖維素結晶結構，并且鹽與纖維素的相互作用可以影響糖苷鍵的構象，使纖維素分子鏈斷裂，水解成葡萄糖。

盡管MSH體系在纖維素水解生產葡萄糖的研究中表現出優異的性能，但由于葡萄糖在MSH中具有較高的溶解度[27]，并與MSH中的離子形成強烈的相互作用，從MSH中分離形成的葡萄糖仍然面臨著巨大挑戰。Guan等人[28]首先利用MSH對纖維素進行預處理，降低其結晶度和聚合度，預處理后的樣品通過過濾將可溶性纖維素從MSH中分離出來，再在溫和的條件下用稀酸水解，可以獲得75.3%的葡萄糖，為葡萄糖的生產和分離提供了一條高效、可行的路徑。研究發現，相比于葡萄糖，短鏈葡聚糖低聚物（聚合度為4～11）更容易從MSH中分離出來，然后可以在溫和條件下選擇性轉化成葡萄糖。Liu等人[29]利用由4-乙烯基芐基氯和二乙烯基苯聚合而成的超交聯聚合物 （hyper-cross-linked polymer，HCP）來選擇性吸附纖維素在MSH水解過程中形成的副產物（5-羥甲基糠醛和乙酰丙酸），抑制其對低聚物降解的負面影響。研究表明，在HCP的存在下，獲得的葡聚糖低聚物的濃度從54.2 mg/mL增加到247.1 mg/mL，然后將其從MSH中分離出來并水解成葡萄糖。Ma等人[30]利用合成的具有大比表面積和良好親水性的木質素基超交聯聚合物，吸附纖維素在MSH中水解生成的副產物5-羥甲基糠醛，結果顯示，纖維寡糖的產率從39.5%提高到78.2%。反溶劑沉淀法被證明是一種有效地將葡聚糖低聚物從MSH中分離出的方法。Liu等人[31]利用甲醇和正丁醇實現了葡聚糖低聚物的沉淀回收，發現分離效率受溶劑的極性、糖苷鍵的類型、低聚物的鏈長和濃度影響。此外，葡聚糖低聚物也可以通過吸附法從MSH中分離出來[32]。Liu等人[33]發現，具有大比表面積的無定形碳可以有效吸附MSH中的短鏈葡聚糖低聚物，并且隨著低聚物鏈長的增加，無定形碳在MSH中的吸附容量和吸附親和力分別提高了約4倍和15倍，隨后將分離出來的低聚物在溫和條件下水解成葡萄糖。

MSH對纖維素和葡萄糖具有一定的溶解性，并表現出良好的催化活性，可以將它們轉化為高附加值化學品。Yoo等人[34]在LiBr水合物中將葡萄糖異構化為果糖，果糖是葡萄糖轉化為呋喃基化學品（如5-HMF）的關鍵中間體，研究表明Br-催化了約85%的異構化反應，而Li+負責了其余15%的反應（圖3）。Liu等人[35]利用一鍋法在ZnCl2·4H2O和LiCl·3H2O組成的混合熔鹽水合物中將纖維素轉化成5-HMF。在H+和Zn2+的作用下，纖維素水解成葡萄糖；然后在Zn-Cl-3、Zn2+和Zn(OH)+的催化下，葡萄糖異構化成果糖，熔鹽水合物混合后，通過增加活性物質的濃度可以提高葡萄糖異構化的效率；最后在H+和Li+的催化下，果糖脫水成5-HMF。Wang等人[36]以NbOPO4/HZSM-5為催化劑，在LiCl·3H2O和甲基異丁基酮組成的雙相體系中實現了纖維素向乙酰丙酸（LA）的一鍋轉化，LA的產率高達94%。研究發現，高溫有利于LA的形成，而低溫則利于糖類和5-HMF的形成；雙相體系是纖維素轉化成LA的良好介質，可以抑制HMF到腐殖質的二次反應，提高LA的產率。

圖3 葡萄糖在LiBr·3H2O中的異構化途徑[34]Fig.3 Proposed pathways of glucose isomerization in LiBr·3H2O[34]

2.3 MSH在制備纖維素基功能材料方面的應用

纖維素的溶解和再生直接影響纖維素基功能材料的性能和應用發展，基于纖維素在MSH中良好的溶解性，利用MSH溶解纖維素進行衍生化改性或再生，可以將天然纖維素轉化為功能性纖維素，賦予纖維素新的功能和性質，拓展纖維素的應用領域。

納米纖維素具有優異獨特的物理化學性能，如高機械性能、低密度、無毒、生物可降解和可再生等特點，被廣泛應用于仿生軟物質、生物醫學、光電材料、儲能材料、生物吸附材料、食品包裝等領域?；谄鋪碓?、制備方法和形態的不同，納米纖維素主要分為纖維素納米晶體（CNC）、纖維素納米纖絲（CNF）和細菌纖維素（BC）。MSH具有制備簡單、熱穩定性好、環保等優點，可以減弱纖維素分子間的氫鍵作用，使其發生潤脹、溶解、分解，在納米纖維素的制備過程中展現出特有的優勢。Shen等人[37]利用酸化的ZnCl2熔鹽水合物處理微晶纖維素（MCC）制備出棒狀和球狀的纖維素納米晶體Ⅰ和Ⅱ（CNC Ⅰ和CNC Ⅱ）（圖4），通過調節ZnCl2的用量和酸濃，可以調節纖維素潤脹和水解的程度，進而改變制備的CNC形態；研究顯示，球狀CNC Ⅱ 具有良好的懸浮穩定性和乳化能力，可以制備穩定的油/水Pickering乳液。Burger等人[38]利用ZnCl2熔鹽水合物處理纖維素紙漿，通過部分非晶化可以影響纖維素晶體結構，得到了含有天然纖維素Ⅰ和再生纖維素Ⅱ的混合物，促進纖維素原纖化成CNF，由此制備的CNF膜具有良好的阻燃性能。

圖4 CNC Ⅰ和CNC Ⅱ在酸性ZnCl2中的形成機理及形態[37]Fig.4 Proposed formation mechanism and morphology of CNC I and CNC II in acidified zinc chloride[37]

纖維素在MSH中溶解再生后還可以制備成水凝膠和氣凝膠，實現纖維素的多功能應用。Xi等人[19]首次報道了一種在室溫下快速、高效、綠色、穩定溶解纖維素的MSH體系（AlCl3/ZnCl2·4H2O），纖維素溶解再生后聚合度仍較高；并且MSH溶劑體系的回收率可達95%，循環10次后仍然保持在64%，由此制備的纖維素水凝膠具有優異的抗凍性、導電性、光催化和抗菌性能，為纖維素的應用提供了新途徑。Yang等人[39]和Zhang等人[40]將纖維素與其他天然多糖共混溶解在Li-Br·3H2O熔鹽水合物中，經過再生制備出復合水凝膠和氣凝膠。研究發現引入殼聚糖后，纖維素凝膠材料的性能明顯提升，與純纖維素水凝膠相比，殼聚糖的加入增加了水凝膠的比表面積，提高了其機械強度，大大提升了對Cu2+的吸附能力，并且可以實現金屬的選擇性吸附。在纖維素Ⅱ氣凝膠的制備過程中，通過將纖維素與殼聚糖和海藻酸鹽共混，可以引入供電子基團和吸電子基團，提升由纖維素Ⅱ氣凝膠制備的摩擦電納米發電機的摩擦電性能，實現綠色高效的能量收集和自供電。

3 MSH與半纖維素的相互作用

MSH預處理半纖維素的作用機理與其預處理纖維素的機理類似，可以斷開半纖維素分子鏈上的糖苷鍵，很容易將其轉化為低聚木糖、木糖，甚至轉化為糠醛。Sadula等人[41]利用H2SO4酸化的LiBr熔鹽水合物預處理木聚糖，低溫下20 min即可高效轉化成木糖，產率大于90%，并通過測定Hammett酸度函數證明是LiBr與H2SO4的協同作用促進了木聚糖的水解，隨后MSH水解液中的木糖通過體系的Br?nsted酸和添加的Lewis酸在雙相溶劑中脫水，可以獲得高產率的糠醛（＞80%）。相比較于纖維素和木質素，半纖維素熱穩定性差、易降解；因此，利用MSH預處理木質纖維生物質可以同時將纖維素和半纖維素轉化成糖類或醛類產品。在木質纖維素資源化利用途徑中，基于碳水化合物資源化煉制模式的研究受到廣泛關注。Yoo等人[42]利用LiBr·3H2O和CH2Cl2組成的雙相體系預處理生物質，以HBr為催化劑，可同時將纖維素和半纖維素轉化成溴甲基糠醛（產率為85%）和糠醛（產率為70%），并得到部分解聚的高純度木質素殘渣。Sadula等人[21]利用ZnBr2熔鹽水合物預處理楊木，一步轉化碳水化合物得到88%的葡萄糖和89%的木糖（基于葡聚糖和木聚糖的理論量），并分離獲得幾乎未縮聚的木質素，用于后續的還原催化解聚制備芳香類化學品。這些方法為拓展碳水化合物的高值化利用、生物質全組分分離及綜合利用提供了新的思路。

4 MSH與木質素的相互作用

相較于纖維素和半纖維素的廣泛應用，木質素由于復雜且非均相的大分子結構，限制了其大規模的商業化應用。目前，來自于造紙行業產生的工業木質素大部分被直接燃燒用于熱力和發電，造成嚴重的資源浪費和環境污染[43]；并且隨著未來生物質精煉行業的發展，工業木質素的產量將大量增加[44]?？紤]到這些因素，開發高效利用木質素的方法十分必要；此外，將木質素轉化為增值產品對增加收入和建立經濟上可行的生物質精煉工藝也至關重要[45-46]。

木質素選擇性解聚可以生產低分子質量木質素或芳香族產品，可以作為材料、碳氫燃料、芳香化學品的前體，有利于后續的應用[47]。酸已經被廣泛應用于木質素的解聚，因為酸可以誘導生成α-芐基碳正離子，促使β—O—4鍵斷裂。然而，酸催化解聚木質素容易發生縮聚反應。在斷裂β—O—4鍵前，α-芐基碳正離子可以在親電芳香取代反應中攻擊富含電子的芳環，形成新的C—C鍵；β—O—4鍵斷裂后，生成的苯乙醛和Hibbert酮（HK）在酸性條件下容易發生醛醇縮合，形成新的C—C鍵[48]。研究發現，利用酸性LiBr熔鹽水合物預處理生物質（闊葉木、針葉木和禾本科），可以得到基本未縮合的解聚木質素[49]，并且首次在酸解聚的木質素中發現了苯并二噁烷（benzodioxane，BD）結構。結果表明，LiBr和酸協同催化形成α-芐基碳正離子，導致β—O—4鍵斷裂生成HK和芳環上的甲氧基去甲基化形成BD結構。雖然反應生成了α-芐基碳正離子，但并未發生預期中的縮合反應，這是因為木質素在反應過程中一直為固體狀態（未溶解），限制了其流動性和α-芐基碳正離子對富含電子的芳族縮合位點的可及性。除了生物質中的天然木質素，由不同工藝分離得到的木質素（硫酸鹽木質素、有機溶劑木質素和酸沉淀木質素）也可以在酸性LiBr熔鹽水合物中解聚，解聚后木質素的分子質量明顯降低，酚羥基的含量大大提高，反應活性得以提高[50]。利用解聚木質素改性酚醛樹脂泡沫，木質素的取代量為30%時，木質素基酚醛泡沫具有良好的熱穩定性和力學性能，可用于生產難燃型高效保溫材料[51]。上述研究提供了一種溫和條件下基于酸性LiBr熔鹽水合物體系的木質素脫甲基制備富酚羥基木質素的新方法，有利于提高木質素的反應活性。為了進一步明晰酸性LiBr體系下木質素結構中醚鍵的裂解機制和BD結構的生成機理，Li等人[52]測試了不同反應條件下木質素模型化合物和真實木質素在酸性LiBr體系中的解聚情況。研究發現，LiBr的質量分數是影響木質素脫甲基的關鍵因素，LiBr的質量分數從30%提高到61%，木質素脫甲基反應明顯得到增強，因為高濃度的Br-可以促進SN2取代反應，裂解醚鍵。溫度也影響木質素脫甲基的效率，反應溫度從50 ℃提高到100 ℃，脫甲基的效率明顯提高，導致72%的甲氧基斷裂，酚類的選擇性達到80%，溫度繼續升高則會導致木質素發生縮聚。結果表明，除了去甲基化外，酸性濃LiBr體系還能斷裂除二苯基結構中的4—O—5鍵外的β—O—4、β—5和β—β。β—O—4主要是通過芐基陽離子和烯醇醚中間體裂解，生成HK；其余的鍵均通過SN2取代反應斷裂，部分β—O—4轉化為BD結構（圖5），在酸性濃LiBr體系中保持穩定。酸的質量分數也是影響LiBr體系中木質素解聚的重要因素。酸環境為0.04 mol/L HCl時，木質素中的β—O—4鍵可以有效裂解[49]；酸環境為0.1 mol/L HCl時，β—O—4鍵幾乎完全斷裂。β—5中芳基烷基醚、芳基甲基醚、β—β中二烷基醚鍵的斷裂則需要較高的酸濃度。酸環境為＞0.5 mol/L的HCl時，發生廣泛的去甲基化；酸環境為＞1.5 mol/L的HCl時，木質素甲氧基中的甲基被充分脫除，并且脫甲基的木質素具有良好的抗氧化活性和吸附水中Cr(VI)的能力[53]。這些結果表明，通過調節酸質量分數、LiBr的質量分數、溫度等可以有選擇性地裂解木質素中不同的連接鍵，調控木質素的解聚程度。由此可見，酸性LiBr熔鹽水合物體系可以在更溫和的條件下實現木質素的去甲基化，減少木質素的縮合，將甲氧基轉化為酚羥基，有利于富酚羥基木質素的下游應用，如抗氧化劑、重金屬吸附劑、鄰苯二甲酸的原料等。

圖5 BD結構的形成機理[52]Fig.5 Proposed formation mechanism of BD structure

5 MSH預處理生物質原料

MSH還可以直接處理生物質原料，實現整體的生物煉制。Lu等人[54]利用酸性濃LiBr水合物預處理禾本科植物（麥稈、玉米秸稈、香草），產生的水解殘渣為生物炭，具有高碳含量、比表面積大、豐富的多孔結構和含氧官能團等特點，對六價鉻離子（Cr(VI)）具有良好的去除效率，使生物炭成為潛在的環境修復吸附劑。Chen等人[55]利用酸性濃LiBr水合物體系（質量分數60% LiBr，質量分數0.4% HCl）兩步法處理楊木。第一步在110 ℃下處理楊木20 min可以得到產率80.96%的葡萄糖和產率85.60%的木糖，過濾分離后固體木質素殘渣用于制備木質素納米粒子（直徑100～200 nm）；第二步在130 ℃下處理過濾獲得的水解液120 min，可以將單糖轉化為乙酰丙酸和糠醛，同時產生固體生物炭，用于重金屬離子的吸附。劉秀知等人[56]利用無機熔鹽水合物（ZnCl2和ZnCO3）活化處理經過自水解預處理的楊木，制備了具有自支撐結構的可用于超級電容器電極的多孔碳材料。結果發現，Zn-Cl2和ZnCO3組合處理對自水解后制備的木質生物質基多孔碳材料的電化學性能改善最為顯著，在0.2 A/g的電流密度下，比容量高達143.20 F/g，且有利于提高自水解后制備的木質生物質基多孔碳材料的比表面積。

6 結語及展望

熔鹽水合物（MSH）是一種類離子液體體系，具有易制備、低成本、無揮發、無毒、環境友好等優點，在木質纖維生物質預處理領域有很大的潛力。MSH可以高效溶解、水解碳水化合物，生產制備糖類、平臺化學品、纖維素基功能材料，也能夠選擇性解聚木質素制備芳香化學品和木質素基材料，對實現生物質全組分分離及高值化利用具有重要意義。近幾年，關于MSH預處理生物質的研究報道大幅增加，研究人員取得了一些進展，但還存在許多局限，有關MSH的基礎與應用研究仍需進一步探索。

6.1 MSH預處理機理與構效關系研究

MSH預處理生物質是一個復雜的體系，預處理的效果受原料、MSH結構、反應條件等多變量因素影響，亟需深入研究MSH中陰、陽離子協同作用、水含量、體系酸度、反應溫度和時間對生物質組分含量和結構的影響規律，為設計適用于生物質預處理的MSH提供理論基礎。

6.2 MSH與產品分離及回收再利用問題

MSH預處理生物質時，纖維素和半纖維素會產生單糖及腐殖質等，單糖在MSH中具有良好的溶解性。如何將單糖及雜質從MSH中分離出來，提高MSH的回用次數和預處理效率，仍是目前需解決的問題，提升預處理效率和經濟效益需要進一步探究。

6.3 后續產物轉化和增值化應用有待拓展

構建基于MSH預處理生物質全組分高效利用的策略，將生物質轉化為生物燃料、生物化學品，制備功能材料，充分開發拓展生物質的高值化應用。

相信隨著MSH應用技術研究的不斷深入，能夠進一步發掘MSH在生物質領域中的應用潛力，有望建立基于MSH預處理的生物質精煉體系，實現木質纖維生物質全組分的高值化利用，為“雙碳”目標的實現做出重要貢獻。