木质纤维细胞壁结构解译及纤维素基功能材料转化

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获奖名称：

自然科学奖

获奖区域：

教育部

获奖等级：

二等奖

主要完成人：

许凤;张学铭;马明国;王波;杨俊

第一完成单位：

北京林业大学

获奖时间：

2016

项目名称：

农林生物质纤维细胞壁超微结构研究

联系人：

张骅

联系电话：

010-62338250

电子邮件：

邮编：

地址：

北京市海淀区清华东路35号

合作完成单位：

单位电话：

010-62338279;62337704

传真：

010-62325071

网址：

推荐单位(专家)：

北京林业大学

摘要：

木质纤维难以高值转化利用的根本原因是细胞壁具有天然抗降解屏障，本课题针对木质纤维细胞壁结构及主要组分转化利用的关键基础科学问题进行了系统研究，率先研究发展了新型原位分析技术，根据木质素自发荧光特性原位快速分析其在细胞壁各形态区的分布规律，解决了传统SEM-EDXA 法制样繁琐、需要对细胞壁进行化学处理的弊端，大幅度提高了样品制备效率。在解译木质纤维细胞壁超微结构及化学结构的基础上，深入探讨细胞壁结构的复杂性对生物质抗降解屏障的影响，进而有针对性地采用适宜的预处理方法打破这一天然屏障，构建了基于二甲基亚砜/氯化锂（DMSO/LiCl）全溶体系预处理实现农林生物质三大素逐级、有效分离，分离获得的木质素和半纤维素具有纯度高、结构较完整的特点，实现了木质纤维主要组分清洁高效分离。对分离得到的纤维素组分转化为纤维素基功能材料及化学品进行了研究，率先开展了纤维素基抗菌复合材料的应用基础研究，成功研制抗菌性能优异的纤维素基抗菌复合材料，揭示了纤维素/氯化银-银增强抗菌性能的机理，解决了抗菌材料不耐水洗、分散性差的问题；制备出了一系列纤维素智能吸附水凝胶和纤维素纳米复合膜材料；建立了纤维素离子液体均相溶解体系，阐明了其溶解机理；基于InCl3-H2O催化体系构建“葡萄糖 ←→ 果糖 → 5-HMF → LA”催化反应历程。基于结构解译、组分分离及转化构架，该成果构建了生物质高值化利用的新理论与新方法。