“我”的名字叫木質素，廣泛存在于木本植物、草本植物以及所有的維管植物等木質化植物的細胞中，起到強化植物組織的作用。

“我”的“植物骨架”

在自然界中，“我”總是與纖維素、半纖維素共存，合力構築植物骨架。人們把我分為三種：闊葉樹木質素、針葉樹木質素和草本木質素。一般來說，“我”在植物細胞中呈一定規律性分布，胞間層的“我”濃度最高，次生壁内層濃度次之，細胞内部濃度最少。作為自然界第三大有機資源，“我”雖然早在數千年前就被人類所使用，但至今沒能被廣泛開發。

工業生産中的“我”

在中國，“我”最早可以追溯到造紙術的發明，制漿造紙的目的在于保留纖維素和半纖維素，去除“我”。原料涉及麥草、稻草、蘆葦、甘蔗等。中國傳統造紙工業産生的“我”，大量存在于造紙廢液中，直接排放将會導緻嚴重的污染問題，且廢水數量之大，已成為國内工業廢水處理的一大重點難題。

國外相關的工業主要有兩方面，一方面來自木材水解分離出木材中的“我”；另一方面針對造紙工業的廢水問題。國外研制出了一套木材造紙廢液處理流程，首先将廢液中的“我”進行堿回收，再将回收後的我用于燃燒供能，在解決了污染問題的基礎上最大程度的實現了能源的節約。

“我”的分離與提取

為了提高“我”的有效利用，國内外科學家們積極地研究“我”的分離與提取。工業化生産中，一般是在利用纖維素時将我分離、提取出來的。從科研的角度來說，人們分離、提取“我”是為了獲得純度較高的樣品，或者是具有特定結構、性質的樣品。

總的來說，“我”的分離有兩大類：一類是将植物體中除我以外的成分溶解出去，再過濾分離出不溶的“我”，典型例子是在木材水解工業中，纖維素在酸的作用下水解為葡萄糖，“我”作為水解的殘渣被分離；另一類則是将植物體中的“我”溶解，分離出其他成分再析出得到“我”。

後一類分離常見于造紙的制漿過程，又細分為兩類分離方法，前者是用含有鈣、鎂、鈉、氨的酸性亞硫酸鹽溶液，在130~140℃加熱蒸煮碎木，将原本的“我”磺化為水溶性的木質素磺酸鹽，再用石灰乳處理，即可沉析出“我”；後者是用濃燒堿液高溫蒸煮碎木或切碎的稻草、麥稭，将“我”變為具有堿性的“我”，過濾出纖維素，剩下的溶液再進行酸處理，即可沉析出“我”。

“我”的“三重人格”與諸多特長

“我”是以苯丙烷為結構單元的聚酚類三維網狀高分子化合物，共有三重人格（即三種基本結構）：愈創木基結構、紫丁香基結構和對羟苯基結構，我的元素組成因植物品種和分離方法的差異而各不相同。

“我”的結構中有許多官能團（芳香基、酚羟基、醇羟基、羰基、甲氧基、羧基、醛基、共轭雙鍵等活性基團），使得“我”可以發生多種化學反應，諸如：氧化、還原、水解、醇解、酸解、光解、酰化、烷基化、硝化、醚化、磺化、縮聚或接枝共聚等。

以“我”為原料合成的樹脂在生産一般模塑零件的成本上比酚醛樹脂低，具有一定的工業化價值。“我”與天然橡膠膠乳共沉的木質素乳膠，“我”起到了補強劑的作用，從而代替較貴的炭黑，降低橡膠制品的成本。“我”還可以用作生産油田化學品的原料，提高油田開采的采油率和油品質量。

除此之外，“我”還可以用作表面活性劑、肥料添加劑、農藥緩釋劑、植物生長調節劑等。随着科學研究的不斷深入，我将會有越來越多的機會大顯身手。

“我”的發展現狀

目前，中科院青島能源所多相催化轉化研究組，在李學兵研究員的帶領下，對“我”做了大量的開發性研究工作，并取得了許多成果，其中效果顯著的有：

NbO_x-Ni/ZnO-Al₂O₃催化氫解木質素示意圖（圖片來源：Ind. Eng. Chem. Res. 2019, 58, 7866−7875）

王玉陽等人制備了一系列雙組分的NbO_x-Ni/ZnO-Al₂O₃催化劑，具有較大的比表面積和孔體積，在加氫反應中起到促進作用。

在這個催化體系中，Ni和NbO_x有效地打破了C-O鍵，ZnO-Al₂O₃則起到阻止加氫産品的再聚合，成功地将“我”解聚成芳香單體和低聚物。

通過實驗證明了“我”的氫解反應是金屬催化反應，提出了“我”的氫解包括激活C-O鍵和打破C-O鍵兩個過程。NbO_x的引入促進了Ni組分的減少，提高了催化性能。

木質素衍生碳鑲嵌鎳納米顆粒催化劑的結構示意圖（圖片來源：Bioresource Technology 289 (2019) 121629）

科研人員以“我”作為碳源，制備出了木質素鑲嵌鎳納米顆粒催化劑，并通過一系列的表征技術研究了該催化劑的結構、電子性能及“我”的解聚效果。所得單體産物主要為芳香族化合物。同傳統的碳負載鎳催化劑相比，增強了斷鍵能力，表現出了良好的解聚性能，最大限度地提高了産品的單體收率和生物油收率，實現了“我”的充分利用。

這就是“我”——木質素的應用曆程。

來源：中國科學院青島生物能源與過程研究所

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