行业动态

在能源转型与绿色化工的时代背景下，如何充分利用生物质资源，已经成为科研与产业关注的焦点。生物质热解得到的生物油被认为是化石燃料替代物的重要候选，但其复杂、不稳定的化学性质长期制约了工业化应用。

近期，巴西巴拉那联邦大学（UFPR）Pedro Henrique Gonzalez de Cademartori 团队在 Waste and Biomass Valorization 期刊发表了一篇题为“Exploiting the Potential of the Aqueous Phase of Bio-Oil in a Biorefinery Platform: Strategies for the Recovery of High-Value-Added Products”的研究，研究人员提出了一条高效、可扩展的生物油水相（aqueous phase, AP）精炼路线，实现了左旋葡聚糖、香兰素等多种高附加值化学品的分离与富集，为森林残余资源的高值利用提供了新思路。

快速热解是将木材、农作物秸秆等富含木质纤维素的原料，在缺氧条件下加热分解的过程。产物主要包括生物油、生物炭和热解气体。进一步分馏后，生物油可分为富含大分子物质的热解木质素和水相。

与生物油主体相比，水相更稳定，便于储存和利用，其中含有多种氧化物与小分子化合物，最具工业价值的包括左旋葡聚糖、邻苯二酚和香草醛。研究显示，水相中左旋葡聚糖浓度可达 15.38 g/L，邻苯二酚约 4.61 g/L，尽管香草醛浓度仅 0.28 g/L，但因其市场价值极高，同样值得回收，这一发现凸显了水相在未来生物基化工产业中的潜力。

不过水相虽含丰富目标分子，但也夹杂有羧酸、醛类、酮类等杂质，直接利用困难。传统分离手段如减压蒸馏、膜分离往往能耗高、膜污染严重，难以大规模应用。

因此，研究团队设计了一条绿色可扩展的分离工艺，基于极性差异进行分流。

要从水相中获得目标化合物，第一步是选择合适的萃取溶剂。研究团队首先采用液-液萃取（LLE），选取乙酸乙酯、氯仿和乙醚三种溶剂进行比较。结果表明，乙酸乙酯在选择性和环境友好性上最具优势，不仅几乎完全提取香草醛和邻苯二酚，还能保留大部分左旋葡聚糖在水相中，为后续富集创造条件，同时乙酸乙酯可通过蒸馏高效回收，符合循环利用的原则。

图 | 展示了不同溶剂对目标化合物的选择性分配情况，乙酸乙酯表现最佳

然而，经过溶剂萃取后，富含糖类的水相中仍残留少量酚类杂质，这些杂质会影响后续产品纯度，甚至干扰左旋葡聚糖的结晶过程，因此需要进一步提纯。科研人员继续尝试了三种吸附材料：活性炭、钠基膨润土和聚二乙烯苯树脂。活性炭虽然表面积大，但选择性差，容易同时吸附糖类和酚类；钠基膨润土价格低廉，却存在吸附后难以再生、容易形成凝胶状物质阻碍操作的问题；而聚二乙烯苯树脂凭借独特的多孔结构和高选择性，成为最终选择。它能精准吸附残留的酚类化合物，对邻苯二酚的去除率超过 99%，同时让左旋葡聚糖完整保留在水相中，后续用 10% 乙醇溶液作为洗脱剂，还能实现树脂的再生，重复使用 5 次后吸附效率仍无明显下降，既降低了耗材成本，又减少了二次污染。

通过“液-液萃取+树脂吸附”两步，团队实现了对水相的高效分离——有机相富含香草醛和邻苯二酚，可用于食品、化工和医药；水相在经树脂纯化后得到高纯度左旋葡聚糖，有利于结晶或发酵转化。整个工艺流程既具备高回收率、环境友好性，又易于工业化放大，并通过溶剂与树脂的循环利用体现了循环经济的理念。

图｜最终形成综合生物精炼平台，展示从水相中高效分离酚类与糖类的完整过程

总之，该研究团队的研究不仅拓展了林业残余物的利用价值，也对未来生物基化工产业发展有重要启示，一方面，它将原本低值的副产物转变为高附加值原料，使得产业化前景格外诱人。

另一方面，通过绿色溶剂和可再生树脂的使用，该平台可避免了传统方法的高污染和高能耗。据测算，该技术处理每吨森林废弃物，可产出价值数千元的高附加值化学品，相比传统焚烧处理，不仅经济效益提升数十倍，还能减少约 0.5 吨二氧化碳排放。

参考文献：

https://link.springer.com/article/10.1007/s12649-025-03265-5