Efficient and Protective Upgrading of Uncondensed Lignin Extraction with High Yield and High Purity: Mechanistic Insights into Lewis Acid Catalysis Coupled with PEG Stabilization

产量(工程) 化学 萃取(化学) 木质素 催化作用 路易斯酸 PEG比率 有机化学 化学工程 组合化学 材料科学 财务 工程类 经济 冶金
作者
Deqing Zhao,Jingpeng He,Yaling Zhao,Kaibin Ma,Xu Yang,Qinqin Xia,X. A. Xiong,Xuan Tang,Qingyi Zhao,Renheng Wang
出处
期刊:Biomacromolecules [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.biomac.5c00737
摘要

Maximizing the extraction and valorization of highly reactive lignin from lignocellulosic biomass is crucial for lignin-first biorefining. However, achieving high yield, superior purity, and structural preservation simultaneously is challenging. Herein, we developed a Lewis acid-catalyzed deep eutectic solvent (DES) system employing ferric chloride (FeCl3) coordinated with polyethylene glycol (PEG) to selectively extract structurally intact lignin. The engineered DES system exhibited outstanding performance, achieving a lignin yield of 32.9% with a purity of 96.2%. Structural analysis indicated that the extracted lignin retained 53.21 β-O-4 linkages per 100 aromatic units, closely approximating the native structure of cellulolytic enzyme lignin (CEL: 58.53 β-O-4/100 Ar). The identification of characteristic β'-O-4 linkages verified that PEG grafting at the Cα position effectively inhibited lignin condensation. Theoretical calculations further confirmed that FeCl3 enhanced the hydrogen-bonding capacity of the ternary DES with lignin, thereby aiding lignin dissociation and improving separation efficiency. This work provides valuable insights into upgrading lignin fractionation for lignin valorization.
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