半纤维素几乎存在于所有植物的细胞壁中，是天然木质纤维原料三大主要组分之一，约占植物细胞壁生物量的三分之一。与具有线性结构的纤维素不同，半纤维素是带有支链的杂多糖，原生聚合度约为200，是工业应用中戊糖的主要来源，在食品、医药、化工、先进材料等领域应用前景广阔。在利用半纤维素之前，往往需要将其从木质纤维中分离出来。常用的分离方法包括碱法、酸法、水热法、离子液体或低共溶溶剂处理等，但这些方法往往存在半纤维素的降解，或化学试剂/溶剂回收成本高等问题。另外，从材料化利用的角度，需要在选择性分离半纤维素的同时保留其完整的分子链结构，这目前依然极具挑战。

近日，青岛能源所系统集成工程中心木质纤维绿碳材料项目部建立了高聚合度纯半纤维素选择性分离新技术。研究发现，利用熔盐水合物绿色溶剂（三水合溴化锂）可在温和条件下（25-85°C）实现商品漂白纸浆中半纤维素和纤维素的高选择性分离，其机理是三水合溴化锂可以高效打破纤维素和半纤维素之间的氢键结合（图1），使半纤维素溶解，而纤维素不溶；固液分离后，溶解的半纤维素可用乙醇沉淀析出，再生的半纤维素纯度100%，聚合度240-264，很大程度上保留了半纤维素的原生结构；半纤维素的最高脱除率可达95%，相应的纯半纤维素得率为84%。同时，分离得到的纤维素中α-纤维素的含量为96%，聚合度880，铁含量仅为2 ppm，满足生产莱赛尔纤维（Lyocell）用高品质溶解浆的要求。此外，三水合溴化锂易于回收回用，可确保整个处理过程的清洁（图2）。

图1 三水合溴化锂分离半纤维素机理示意

图2 三水合溴化锂分离半纤维素和纤维素整体工艺流程示意

此项工作建立了一种从商品纸浆中高选择性绿色分离半纤维素和纤维素的新方法，获得高聚合度纯半纤维素的同时，可使商品纸浆升级为高品质溶解浆，用于生产Lyocell纤维（用于纺织服装）、纤维素酯、纤维素醚等高附加值产品。这一研究对促进半纤维素和纤维素的高值利用有重要意义。前期申请/授权多项中国发明专利（ZL202010818370.1、ZL202010818371.6、ZL202210390511.3、2023111168109）。

受主编邀稿，该研究成果近期发表于Green Chemistry，文章第一作者为浙江理工大学联合培养硕士研究生龚润竹，通讯作者为李滨研究员、北京林业大学彭锋教授和浙江理工大学唐艳军教授。相关研究得到了国家自然科学基金、中国科学院国际合作伙伴计划等项目的支持。（文/图 吴美燕、龚润竹）

文章链接：https://doi.org/10.1039/D4GC00335G

Runzhu Gong,Chao Liu,Meiyan Wu,Rui Tian,Guang Yu,Xitao Luo,Bin Li*,Feng Peng*,Yanjun Tang*. Efficient fractionation of pure hemicellulose with high DP from bleached hardwood pulp using LiBr·3H₂O and co-production of dissolving pulp. Green Chemistry,2024,26,4622-4632.