木质素是将树木和植物的纤维粘合在一起的胶水，它是最常见的生物复合材料之一，也是最复杂的生物复合材料之一，因为它有如此多的变体和特性。其异质化学结构使得研究其确切成分变得困难。

瓦赫宁根大学及研究中心(WUR)的研究人员利用核磁共振光谱法首次成功在分子水平上表征了用绿色溶剂从芒草(荸荠)中提取的木质素。

这使得确定该材料适用的应用成为可能，从而使生物精炼过程中原材料的全面升级更加接近现实。研究人员已在《绿色化学》杂志上发表了他们的研究成果。

残流

在工业中，木质素通常被认为是一种残余物，主要用于能源和能源回收。例如，通过造纸工业中的牛皮纸浆工艺来实现这一点。在此过程中，木屑传统上在压力容器中煮熟，并用腐蚀性化学品处理以提取纤维素：纸张纤维。

瓦赫宁根食品与生物基研究中心生物精炼和可持续价值链研究员GijsvanErven表示：“如此密集的加工过程导致木质素的质量严重下降，很难找到有价值的应用。”

“因此，人们越来越有兴趣开发更温和的分离工艺，以减少对木质素结构的损害，使其适用于高价值应用。”

这些温和工艺之一是使用深共熔溶剂(DES)。这些溶剂无毒，而且相对容易从(部分)生物基化学品中生产出来。该工艺在更温和的条件下进行，尤其是在温度方面，这节省了大量能源。此外，该工艺中剩余的木质素具有反应性，因此质量更高，可用于更高价值的应用。

平衡

VanErven表示：“我们研究了乳酸和氯化胆碱的混合物来分离芒草。这种北欧作物是其他草类作物(如玉米、稻草和甘蔗)的典范。

“基于乳酸和氯化胆碱的DES也适用于硬木和软木，但这需要更高的温度或更长的消化时间。这会影响最终留下的木质素结构。我们寻求从原材料中提取的木质素量、其纯度和其结构的完整性之间的平衡。”

出发点是从原材料中提取尽可能多的价值。在本例中，这是成功的：使用核磁共振分析表明，溶剂中的部分乳酸和胆碱与木质素共价结合。由于木质素的结构不均匀，因此在分子水平上展示这些化合物是一项挑战——它实际上是多种聚合物的复杂混合物。

新的应用

“瓦赫宁根大学及研究中心拥有解决此类问题的分析工具包。因此，我们能够证明DES木质素样品中的结构是独一无二的：可以说，乳酸和胆碱是内置的。因此，这种材料的性质实际上与传统木质素的性质不同。

“这开辟了新的机遇。例如，我们可以用PLA(生物基塑料)与DES木质素混合制成更好的生物复合材料和涂层，因为它们都含有乳酸。

“胆碱的正电荷也使我们的木质素更适合水性应用，例如作为水处理的絮凝剂或表面活性剂。我们看到这种木质素有各种新的应用方向，”范埃尔文说。

后续项目

一个听起来很奇特的后续项目AmphiphiLig正在进一步研究此类木质素的应用。这涉及与工业界合作，寻找可以使木质素更适用于油性和水性环境的改性方法。它还研究如何在该过程中回收溶剂。

“进一步研究这一点并改进回收过程绝对是值得的。我认为我们的后续研究将真正促进木质素应用的发展，”范埃尔文声称。