半纤维素是木质纤维生物质的三大关键组分之一，含量约占20～35%，对其进行有效利用制备工业平台化学品和液态燃料具有重要现实意义。其中，糠醛是以半纤维素为直接原料的重要呋喃基平台化合物，通过它可以直接或间接合成千余种可替代化石基的化工产品，现已广泛应用于化工、燃料、医药等多个领域。我国是糠醛的生产大国，产能约占世界的80%，主要由农业废弃生物质如玉米芯、甘蔗渣、棉籽壳以及农副产品加工下脚料中的聚戊糖成分经酸水解产生。目前工业生产糠醛仍以无机酸在水中高温高压条件下催化转化生物质制得，存在环境污染大、能耗高、产物收率低（约50%）且易自聚合等瓶颈问题亟待解决。

基于此背景，生物质化工团队开发了一种利用工业级Hβ沸石在1,4-二氧六环有机溶剂中高效转化半纤维素组分选择性制备糠醛的新策略，在温和条件下可实现86%的木聚糖和94%的木糖转化成糠醛，反应转换频率达54 h–1，反应活化能降低至39kJ/mol。反应后，产物糠醛、Hβ沸石催化剂和1,4-二氧六环溶剂易实现分离纯化，回收的催化剂和溶剂在多次重复使用中保持稳定的反应活性。基于系统实验表征和DFT计算研究，深入揭示了Hβ沸石与1,4-二氧六环在糠醛高效制备过程中的协同作用和配位机制，阐明了1,4-二氧六环溶剂在反应转化中的多重作用机理。该研究成果实现了生物质基半纤维素的清洁高效利用和过程效益的综合提升，可为平台化学品糠醛的工业制备提供新技术与理论支撑。

上述研究工作得到了国家自然科学基金（21965018, 22078139）以及云南省高层次人才支持计划青年拔尖人才项目的资助。

来源：昆明理工大学

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.2c03227