當(dāng)前我國(guó)石油對(duì)外依存度高達(dá)70%，新能源技術(shù)發(fā)展不足，能源供需矛盾日益突出，環(huán)境壓力大。生物質(zhì)是唯一可替代化石原料獲取液體燃料和有機(jī)化學(xué)品的可再生資源，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)的高效轉(zhuǎn)化以及大規(guī)模應(yīng)用將有助于緩解當(dāng)前能源危機(jī)、改善氣候環(huán)境等問題，對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。化學(xué)催化生物質(zhì)可制備多元醇、呋喃類化合物、有機(jī)酸及其酯類衍生物、短鏈烷烴等基礎(chǔ)平臺(tái)化學(xué)品，是獲取眾多可替代石油基化工產(chǎn)品和液態(tài)燃料的重要途徑。

生物質(zhì)化工團(tuán)隊(duì)在生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化制備能源化學(xué)品乙酰丙酸酯方面持續(xù)開展了近十年的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，創(chuàng)建了纖維素/半纖維素及其糖單元催化醇解定向制備乙酰丙酸酯的系列理論及技術(shù)體系，先后獲得4項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助，相關(guān)成果在國(guó)際權(quán)威SCI期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇，總被引用1500余次，成套技術(shù)實(shí)現(xiàn)噸級(jí)規(guī)模中試生產(chǎn)。目前生物質(zhì)基乙酰丙酸酯的制備仍存在原料利用率低、能耗高等瓶頸問題，生產(chǎn)成本無(wú)法完全與石油基化學(xué)品相競(jìng)爭(zhēng)。高底物濃度反應(yīng)無(wú)疑是解決上述問題的契機(jī)，有望全面提升生產(chǎn)過程效益，利于工業(yè)化生產(chǎn)。

基于此背景，團(tuán)隊(duì)對(duì)高濃生物質(zhì)葡萄糖基于酸催化醇解制備乙酰丙酸酯的反應(yīng)行為、產(chǎn)物形成以及過程機(jī)理進(jìn)行了深入研究。對(duì)比發(fā)現(xiàn)當(dāng)葡萄糖底物濃度從20g/L提高至200g/L，會(huì)極大促進(jìn)可溶性低聚物的生成，而固體腐殖質(zhì)的生成量基本不變。當(dāng)?shù)孜餄舛壬吆螅磻?yīng)初始階段葡萄糖的自聚合反應(yīng)會(huì)加劇，同時(shí)反應(yīng)中間產(chǎn)物濃度的升高也會(huì)促使化學(xué)平衡偏向可溶性低聚物的形成，從而導(dǎo)致目標(biāo)產(chǎn)物乙酰丙酸酯的得率降低。研究進(jìn)一步對(duì)不同底物濃度葡萄糖反應(yīng)生成的可溶性低聚物和固體腐殖質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)表征，獲得了相應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)模型，闡明了高濃葡萄糖醇解的反應(yīng)過程機(jī)理。研究結(jié)果可為高濃生物質(zhì)糖催化轉(zhuǎn)化選擇性制備高值能源化學(xué)品的途徑開發(fā)與策略構(gòu)建提供基礎(chǔ)理論指導(dǎo)。

近日，上述研究成果以“Mechanistic insights into the effect of feed concentration onproduct formation during acid-catalyzed conversion of glucose inethanol”為題發(fā)表在化學(xué)領(lǐng)域國(guó)際著名TOP學(xué)術(shù)期刊GreenChemistry上。昆明理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院為論文通訊單位，學(xué)院彭林才教授、研究生陶超楠、劉淮博士為論文主要作者。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（22078139）、云南省科技廳-昆明理工大學(xué)“雙一流”創(chuàng)建聯(lián)合專項(xiàng)-面上項(xiàng)目（202101BE070001-033）以及云南省“興滇英才支持計(jì)劃”青年人才專項(xiàng)的資助。

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