深度共熔溶劑預處理木質纖維素研究進展

賈昭炎，王成成，曹春暉，劉 洋，奚永蘭，劉明慶

(1.江蘇大學農業工程學院，江蘇鎮江 212013 ；2.江蘇省農業科學院，江蘇南京 210014；3.生態環境部南京環境科學研究所，江蘇南京 210042)

在人們環保意識日益增強和化石燃料儲量逐漸下降的雙重現實下，可再生資源利用受到越來越多國家的重視。而木質纖維素生物質屬于自然界中來源廣泛、易于降解和獲取的可再生天然資源，同時也是地球上最為豐富的有機碳源，被視為化石燃料的最佳替代品。木質纖維素常見于草、木材(如桉木、楊木等)、秸稈及由其產生的固體廢棄物，對其各組分進行合理開發利用可轉化為能源燃料，逐步代替傳統不可再生的化石燃料，而且通過生物、物理或化學方法還可獲得各種可再生的生物基材料及其他高附加值化學品[1-6]。但木質纖維素自身緊密復雜的化學結構及交聯特性致使其在酶解及微生物降解方面具有很強的抗降解能力，在分離木質纖維素各組分時有較大難度。因此實際中通常會采用一些預處理方法增強生物質各組分分離效果，以增強酶與纖維素的可及性，提高酶解效率。在過去幾十年里，用于生物質預處理的方法眾多，如堿處理法、蒸汽爆破法、氨爆破法等，這其中使用較多的是離子液體法。離子液體穩定性高且對纖維原料展現出良好的溶解性，十分適宜分離木質纖維素各組分。但同時離子液體也有成本較高、本身具有毒性、難回收等缺點，限制了其大規模應用[7-10]。隨著研究人員對新型溶劑的不斷開發，Abbott等首次制備出新型溶劑——深度共熔溶劑(deep eutectic solvents，簡稱DES)[11]。DES理化性質與離子液體類似，不僅兼備離子液體的眾多優點，且優于離子液體的是，DES具有制備簡單、安全無毒、便于回收利用、性質可調和成本低廉的特點。Xu等報道，DES的制備材料更具環境友好性，成本價格僅為離子液體制備成本的20%[12]。DES的眾多優點讓其在木質纖維素預處理方面備受關注。本文基于國內外有關DES預處理木質纖維素生物質的相關研究及綜述專論，著重對生物質預處理研究現狀、DES的分類進行闡述，并對DES預處理對木質纖維素中三大組分的作用機制、生物質預處理效果影響因素等展開綜述，最后對DES未來應用于生物質預處理前景進行了展望。以期為開發高效分離生物質組分的方法及高值化利用木質纖維素提供參考。

1 木質纖維素預處理研究現狀

木質纖維素是一種芳香族生物聚合物，具有復雜和不規則結構，主要由纖維素、半纖維素(50%～65%)、木質素(10%～30%)3個組分構成。木質纖維素3種組分經過分離后可制備多種高值化產品，如分離出的纖維素可制作人造絲或制備纖維素納米晶體。纖維素是自然界廣泛存在的大分子多糖，具有高度結晶的特點，不易被水解。但可通過調控酸催化的溫度、酸濃度等反應條件將其轉化為纖維素納米晶體。典型制備纖維素納米晶體的方法有無機強酸水解法，所使用的無機強酸可以是硫酸、鹽酸或磷酸等。半纖維素和纖維素一樣是由糖單元通過糖苷鍵連接而成的高分子聚合物。但不同于纖維素，半纖維素易水解成單糖，并且可以進一步轉化為糠醛等化合物。木質素是木質纖維素僅次于纖維素的天然高分子物質，也是自然界唯一可再生的含有3種苯基丙烷結構單元的三維無定形生物大分子。經過生物質精煉分離出的木質素可用作分散劑、表面活性劑等工業用途[13-16]。但木質纖維素在應用前通常需要進行預處理，否則無法實現生物質的高效利用。如厭氧轉化生物質時，一般都需要對生物質進行預處理破壞其致密結構，提高水解效率，從而達到提升甲烷產量的目的。又如對生物質進行酶解時，直接酶解效率極低，需進行生物質預處理來增強酶與纖維素的可及性，提高酶解效率。目前木質纖維素預處理的方法主要有物理法(機械擠壓、超聲波等)、生物化學法(稀酸、稀堿等)、高溫液態水法、有機溶劑法、離子液體法等[17-18]。Yu等結合高溫液態水法和氨水法預處理甘蔗渣。首先在160 ℃條件下對甘蔗渣進行5 min的高溫液態水處理，之后選用10%的氨水繼續處理甘蔗渣，成功去除30.3%的木質素，并得到87%的葡萄糖收率，且相較于單獨在180 ℃條件下使用高溫液態水處理甘蔗渣 20 min，耗能量還降低了 2/3[19]。孫付保等在 180 ℃ 條件下使用甘油處理麥草4 h，成功去除麥草中80%的半纖維素，且處理后纖維素保留率可達92%[20]。但之前的方法大多需在高溫高壓的條件下進行且存在回收難與生物兼容性低等缺點。DES與傳統的分離方法相比則有著獨到優勢，在木質纖維素預處理及高值化利用方面具有廣闊的應用前景。Liu等在800 W超聲波輔助下，利用草酸DES對棉纖維進行了5 min預處理，制備得到直徑為3～25 nm的納米微晶纖維，還可制備木質素等生物質基原材料及其衍生產品[21]。Vasco等研究了利用深度共熔溶劑從楊木和杉木中提取木質素的作用效果，研究表明，制備的DES最高可從楊木和杉木中提取78%的木質素，且提取木質素純度為95%[22]。

2 DES概述及分類

深度共熔溶劑是將2種或3種提供氫鍵供體(hydrogen bond donor，簡稱HBD)和氫鍵受體(hydrogen bond acceptor，簡稱HBA)的物質按照合適的摩爾比充分混合并進行簡單加熱后形成的共晶混合物，是一種高效提取及分離生物質組分的“綠色”預處理溶劑。因制備后共熔溶劑中的晶體結構受到范德華力和氫鍵作用力被破壞，導致新形成的化合物熔點低于其任意反應組分的熔點，又被稱為低共熔溶劑。其理化性質與離子液體類似，所以有部分學者也將其稱為“類離子液體”[23]。DES眾多優良的理化性質使其具有很大的工業應用潛力，目前已應用于生物催化、制備納米材料、生物醫藥學、電化學和氣體吸收等領域，DES在不同領域的研究分布見圖1[24]。

DES合成一般有加熱法、研磨法和旋轉蒸發法3種方法。理論上在制備DES時，任何類型的HBD和HBA之間相互作用均可制備DES[25]。但實際制備時還需根據自身需求選擇合適的原材料以及配比進行設計。常見提供氫鍵供體的物質有草酸、多元醇和乳酸等，提供氫鍵受體的物質主要有氯化膽堿、甜菜堿和丙氨酸等。Zhang等分別以多元醇、一元羧酸和二羧酸為氫鍵供體，以氯化膽堿為氫鍵受體合成了3種DES用于預處理玉米芯[26]。Hou等以草酸為氫鍵供體，以氯化膽堿為氫鍵受體合成DES預處理稻草，研究不同摩爾比對預處理的影響[27]。DES若按照氫鍵供體進行分類，可分為有機酸和多元醇兩大類；若按化學組成進行分類，可分為4類(表1)[28-29]。Ⅰ型主要組成成分為金屬氯化物和季銨鹽氯化膽堿，Ⅱ型由水合金屬氯化物和氯化膽堿組成，Ⅲ型由羧酸和酰胺等氫鍵供體和氯化膽堿組成，Ⅳ型由尿素、乙二醇等氫鍵供體和金屬氯化物組成。從這種分類方式可以看出，在DES的制備過程中，以氯化膽堿為代表的季銨鹽類物質是組成DES的主要成分。另外，在4種DES類型中Ⅲ型在實際中使用較為廣泛，Ⅰ型DES因熔點過高在實際中應用并不多[30]。

表1 DES分類

3 DES預處理木質纖維素生物質組分作用機制及研究進展

DES是一種在生物質精煉領域有著十分廣闊前景的綠色溶劑，具有良好的溶解性。它在預處理木質纖維素過程中可以很好地分離出生物質三大組分，這是因為DES擁有強大的氫鍵網絡結構，該結構可以很好地與生物質中的木質素發生作用，且DES氫鍵供體分離出的氫質子可以使木質素和半纖維素之間的醚鍵或酯鍵斷裂，最終達到選擇性去除木質素或半纖維素的目的。DES在去除木質素或半纖維素的同時，會保留大部分的纖維素。這是由于纖維素結構中存在許多分子間和分子內氫鍵，不易被DES溶出。通常DES分離木質纖維素的方法有2種[31-33]。第1種方法是將木質纖維素完全溶解在DES后，使用水等反相溶劑再生纖維素，將木質素等組分留于溶劑中，后續可通過酸沉淀或其他方法再生。第2種方法是選擇性地溶解木質素和半纖維素，而將纖維素作為不溶物分離出來。

3.1 DES去除木質素

木質素是由紫丁香基、愈創木基和對羥苯基3種結構單元通過醚鍵和碳碳鍵連接而成的高分子聚合物，是地球上唯一可再生的含有芳香結構的芳香類大分子化合物。木質素中含有芳基、羧基等官能團，具有一定的抗氧化性，分子之間的氫鍵作用及芳香基團之間的π-π作用也使木質素擁有了致密的結構。這些特性使木質素成為纖維素的天然物理屏障。但與此同時，木質素的這些特性也導致其在纖維素酶解的過程中產生了很大的抑制作用，降低了酶解效率[34]。木質素疏水、靜電等特性引起的非生產性纖維素酶在木質素上的高吸附性也是降低酶解效率的一大因素。Huang等在120 ℃使用5%硫酸預處理毛竹1 h，并分析了酶吸附等溫線[34]。分析結果認為，酶消化率低的主要原因是酸預處理后竹子中殘留的木質素具有較高的非生產性纖維素酶吸附性[35]。Song等制備氯化膽堿-乳酸DES預處理柳樹和玉米秸稈。試驗過程中觀察到了木質素的縮合，并認為這些縮合的芳香結構通過疏水作用增加了對非生產纖維素酶的吸附趨勢，導致酶水解產率遭到抑制[36]。因此，實際應用中多會采用預處理方法去除木質素，降低木質素的物理屏障作用并減少對纖維素降解酶的吸附，提高酶水解效率。DES溶解木質素的主要機制是，通過氫鍵作用擴散到木質素緊密的結構中，并利用氫鍵供體和受體之間的協同作用克服木質素分子之間的作用力，提高DES對木質素的溶解能力[37]。另外，木質素的鍵和方式中大約有50%是以β-O-4醚鍵形式存在的，其他還伴隨有少數α-O-4、4-O-5等醚鍵，這使得木質素的結構較為復雜。而氯化膽堿/乳酸DES處理可以促進木質素中β-O-4等醚鍵的斷裂，且有可能發生酰化、縮合等反應，有利于木質素的氧化以及酚基的生成，從而達到去除木質素的目的[38]。

早期有許多關于DES用于預處理木質纖維物質的研究，Francisco等首次以乳酸為氫鍵供體、氯化膽堿(choline chloride，簡稱ChCl)為氫鍵受體在摩爾比為2 ∶1的條件下制備出氯化膽堿/乳酸DES[38]。并將制備出的DES用于預處理麥草生物質樣品，對其在DES中的溶解性進行初步試驗研究[38]。試驗在 60 ℃ 下反應14～16 h后，DES對木質素的溶解度為2%(質量百分比)，證明了DES作為木質素介質的可行性[39]。此外Francisco等還分別以蘋果酸、草酸和煙酸為氫鍵供體，以丙氨酸、甜菜堿、氯化膽堿、甘氨酸、組氨酸和脯氨酸為氫鍵受體，通過改變不同的摩爾比制備出不同的DES。研究結果表明，乳酸-氯化膽堿 DES具有顯著的木質素溶解性，且木質素的溶解度可以通過增加酸比而增加[40]。在Francisco等之后，Jablonsk等利用多種氯化膽堿基DES對麥草進行預處理，木質素去除率為1.3% ～57.9%，結果表明，酸度更強的草酸相比于乳酸木質素去除率更高，為57.9%[41]。到2020年，Kohli等以甲酸、乳酸、乙酸、草酸和蘋果酸為氫鍵供體制備了不同的DES用于預處理芒草和樺木。結果同樣表明，酸度最高的甲酸對芒草的木質素去除率最強[42]。這些研究結果均與Francisco等研究結果一致。由此可見，酸度的大小對木質素的去除有著重要影響。在這期間，科研工作者還對木質素去除率進行了諸多其他研究。有學者認為除了酸度，DES的官能團也會對木質素去除率產生影響。比如羧基、胺/酰胺基類DES會提升木質素提取效果。Procentese等用氯化膽堿/咪唑對玉米芯進行預處理，結果發現氯化膽堿/咪唑對木質素的提取率可達88%。加水同樣可以影響DES對木質素的去除率[43]。Kumar等用甜菜堿/乳酸預處理秸稈時發現，添加5%的水可顯著提高稻草秸稈中木質素的溶解度。筆者認為，加入少量的水降低了DES的黏度，有利于木質素的溶解[44]。而New等則發現，當DES中加入水含量達到50%時木質素的脫除率反而會降到最低。作者認為過量的水減少了DES中氫鍵的數量，降低了木質素的溶解性[45]。

3.2 DES去除半纖維素

半纖維素是由D-木糖基、D-半乳糖基等構成的高分子多聚體。通常情況下會纏繞在纖維素表面，與纖維素在植物細胞壁中共存，并作為連接材料連接了纖維素和木質素，在酸性或堿性環境下容易水解成單糖。在生物質中，木質素本身擁有復雜的結構且一般情況下會與半纖維素等碳水化合物通過芐酯、芐醚等官能團形成強共價鍵及氫鍵并交互連接形成木質素-碳水化合物復合物(LCC)。而DES去除半纖維素的主要機制是，破壞LCC之間的氫鍵連接之后在與半纖維素吡喃木糖結構單元上羥基質子形成新的氫鍵網絡，最終達到水解LCC鍵，并將半纖維素從木質纖維素中釋放出來的目的[46-47]。但目前關于DES分離半纖維素的研究報道并不多。現有的大多數文獻主要都是關于DES分離半纖維素預處理條件的研究。閱讀這些文獻可以發現，由于半纖維素易在酸性環境下水解的特性，采用酸性DES可以有效去除半纖維素。Hou等采用氯化膽堿/草酸預處理稻草，在120 ℃下水解了4 h，去除了95.8%的半纖維素[48]。Xu等以氯化膽堿/甲酸摩爾比為1 ∶2制備酸性DES 預處理玉米秸稈，溶出90%(質量百分比)的半纖維素[12]。Ji等采用氯化膽堿/乳酸在120 ℃下預處理甘蔗渣 3 h，去除了90.46%的半纖維素[49]。Kumar等分別采用氯化膽堿/乳酸和甜菜堿/乳酸在60 ℃下預處理稻草 12 h，處理過程中并未發現有半纖維素溶出。分析原因可能是溫度低導致無法溶出半纖維素，大多數的半纖維素會在溫度高于120 ℃條件下才能水解[44]。另外，相關研究還發現，以氯化膽堿為氫鍵受體的DES較甜菜堿、脯氨酸等氫鍵受體去除半纖維素能力更強。Lynam等以乳酸、甲酸為氫鍵供體和甜菜堿、脯氨酸為氫鍵受體在不同摩爾比下制備出不同DES預處理的火炬松，但試驗結果顯示，無論以甜菜堿還是以脯氨酸為氫鍵受體均不能溶出半纖維素[50]。

3.3 DES處理纖維素的影響

纖維素經過預處理后的變化主要表現在晶型結構的消失或纖維素結晶含量的函數變化，即結晶度指數(crystallinity index，簡稱CrI)的變化。當生物質無定形組分被去除后會導致纖維素的結晶度指數增大，并暴露出更多的纖維素和反應物之間的結合位點，提升酶水解效率。DES預處理纖維素主要是憑借DES對生物質中木質素和半纖維素的高溶解來分離出溶解度較小的纖維素。纖維素具有強大的內聚能，氫鍵結構網絡十分穩定[51-52]。因此，大多數DES處理纖維素基本都不能使其溶解或者溶解效果很差。Francisco等綜述了纖維素在不同DES中的溶解度，發現以蘋果酸、草酸為氫鍵供體，脯氨酸、丙氨酸為氫鍵受體，摩爾比為1 ∶1制備出的常規DES對纖維素的溶解度均較低，僅為 0.1%(質量百分比)；同樣以蘋果酸為氫鍵供體，脯氨酸為氫鍵受體，但分別以摩爾比為1 ∶1和 1 ∶3 制備2種DES，經過試驗發現，2種DES預處理后纖維素的溶解度分別為0.2%、0.8%(質量百分比)[40]。雖然纖維素的溶解度有所提高，但提升效果并不明顯。常杰等以乳酸和氯化膽堿為氫鍵供受體制備DES用于預處理尾葉桉來考察不同氯化膽堿/乳酸摩爾比及溫度對木質素溶解效果的影響。結果表明，在溫度為90 ℃，乳酸和氯化膽堿摩爾比為9 ∶1的條件下木質素的溶解率最高，為91.3%，而此時纖維素則幾乎不溶，僅為4.9%[53]。

在DES分離木質纖維素三大組分時，通常都希望減少纖維素的溶解度，提高木質素和半纖維素等無定形組分的去除率，增加結晶度指數，從而實現生物質組分分離。但關于纖維素在DES中溶解度的研究同樣也有不少。纖維素的溶解度主要與氫鍵的數量和強度有關。DES在預處理木質纖維素時會與纖維素形成氫鍵競爭關系。在DES與纖維素競爭的過程中，與纖維素形成的氫鍵數量越多，那么纖維素在DES中的溶解度也就相應越高[54]。想要提高氫鍵在DES中的溶解度可以適當的提高反應溫度。Sharma等以硫脲和氯化膽堿為氫鍵供受體制備出摩爾比為2 ∶1的DES，來探究纖維素在DES中的溶解度。在其他條件相同的情況下，當溫度為60 ℃時，纖維素在DES中的溶解度為 6.0 wt%；而當溫度達到100 ℃時，溶解度也隨之提高到10.0 wt%[55]。此外，氫鍵受體的類型也和纖維素的溶解度有關。Sharma等還分別以尿素為氫鍵供體，氯化膽堿和溴化膽堿為氫鍵受體制備DES。其他條件相同且均不使用輔助手段，當氫鍵受體為溴化膽堿時，纖維素溶解度為6.0%(質量百分比)，而當氫鍵受體為氯化膽堿時，纖維素溶解度則為8.0%(質量百分比)[55]。可見氯化膽堿類DES在溶解纖維素方面更有優勢。

4 DES預處理木質纖維素效果的影響因素

DES預處理木質纖維素效果主要受DES制備摩爾比、DES類型、原料類型和反應溫度的影響。當DES的氫鍵供體和氫鍵受體相同時，二者之間的摩爾比不同會影響對木質纖維素的預處理。當采用不同的氫鍵供受體時同樣也會影響處理效果。除此之外，采用不同的反應原料及在不同的反應溫度下進行預處理，所得到的結果也不相同。關于影響DES處理生物質效果的相關研究見表2。

4.1 DES摩爾比

從以往的研究中不難發現，在制備DES過程中采用相同的氫鍵供體和氫鍵受體但HBD和HBA之間的摩爾比不同，處理木質纖維素的效果也不相同。Zhang等制備了3種DES：一元羧酸/氯化膽堿、二元羧酸/氯化膽堿、多元醇/氯化膽堿用于預處理玉米芯。其中部分研究結果表明，隨著一元羧酸/氯化膽堿的摩爾比從2 ∶1增加到15 ∶1，木質素可提取性急劇增加(64.7%～93.1%)[26]。Hou等研究了以草酸/氯化膽堿為媒介，選擇了不同組分摩爾比(1 ∶2～3 ∶1)來測試DES在90、120 ℃條件下對純木聚糖和木質素的溶解度，表明當ChCl 和草酸的摩爾比達到1 ∶1或更高時，木質素的溶解量是木聚糖的1.61～2.11倍，當二者的摩爾比為 1 ∶2～2 ∶1時，它們在草酸/氯化膽堿DES中的溶解度隨著草酸摩爾比的降低而增加，分析出現這種情況的原因是草酸、丙二酸的類似物易于在溶劑系統中形成廣泛的二聚體鏈，限制了整個系統的流動性，使得溶質在DES中傳質困難[27]。當ChCl與草酸的摩爾比從2 ∶1增加到3 ∶1時，木質素和木聚糖的溶解度均會有所下降，分析出現這種情況的原因可能是存在的氫鍵供體較少導致溶劑對溶質的氫鍵破壞能力減弱[27]。木質素的超微結構分布表明，細胞壁發生的部分脫木質素主要集中在細胞角和復合腔，木質素在次生細胞壁中更容易被提取。

表2 DES預處理木質纖維素效果影響因素研究進展

此外，研究結果還表明，采用高草酸二水與氯化膽堿摩爾比的DES進行預處理，可以達到較高的半纖維素脫除率(>93%)和脫木質素率(約70%)[26]。Li等以90% 乳酸和氯化膽堿為氫鍵供受體，以改變不同的氫鍵供體和氫鍵受體的摩爾比為主要方法對稻草進行預處理。研究結果表明，在 90 ℃ 時，乳酸和氯化膽堿的摩爾比從1 ∶1增加到 3 ∶1 時，顯著提高了多糖的消化和糖產量，同時半纖維素和木質素去除率也有所增加。當進一步增加比例至 5 ∶1 時，多糖、半纖維素和木質素的消化率將再次增加[56]。Okur等進行了乙二醇/檸檬酸DES體系對稻殼脫木質素的研究。試驗分別制備了摩爾比為1 ∶1、1 ∶2、2 ∶1的DES溶液。研究結果表明，在90 ℃條件下，木質素去除率分別為47.10%、52.35%、51.17%，不同摩爾比DES體系的木質素去除率非常接近[57]。

4.2 DES類型

組成DES氫鍵供受體的種類多種多樣，HBD和HBA的種類不同，最終制備出DES的類型也將不同，對木質纖維素組分的分離效果就會有所差異。而且并非所有制備出的DES對生物質的預處理都可以取得令人滿意的結果。在實際操作中，應根據需處理的生物質原料類型及自身的需求等因素來選擇需制備的DES。Zhu等以氯化膽堿(ChCl)作為氫鍵受體，分別以乙二醇(EG)/丙二醇(PG)/丙三醇(GLY) 作為氫鍵供體以及對甲苯磺酸(PTSA)合成了3種三元DES，分別命名為ChCl-EG-PTSA，ChCl-PG-PTSA、ChCl-Gly-PTSA。試驗在 120 ℃ 條件下進行了6 min，分別采用3種DES對柳枝稷進行預處理。研究結果表明，在氫鍵受體相同均為ChCl時，生物質預處理效果大不相同。當氫鍵供體為EG時，木質素和半纖維素去除率雖有差距，但均可達到60%以上。但當氫鍵供體為GLY時，木質素和半纖維素的去除率非常有限，木質素去除率僅為30.1%，半纖維素去除率則僅為31.0%[58]。可見不同氫鍵供體制備出DES在處理相同的生物質時，會因DES類型的不同而導致生物質預處理效果并不相同。Thi等研究了乳酸/氯化膽堿，尿素/氯化膽堿和丙三醇/氯化膽堿3種DES對生物質的預處理效果，并以水解還原糖的產率為標準來對3種DES預處理的效果進行對比，研究結果表明，在摩爾比為1 ∶2時，乳酸/氯化膽堿的還原糖產率最高，為20.7%，其次是尿素/氯化膽堿，為20.0%和丙三醇/氯化膽堿，為 16.9%。并分析出現這一試驗結果的原因是乳酸/氯化膽堿具有酸性和最低的黏度，所以還原糖產率最高[59]。

4.3 反應溫度

Guo等進行了甲酸/氯化膽堿預處理生物質的研究，試驗分別在80、100、120 ℃ 3種不同溫度條件下預處理木糖殘渣，結果發現，隨著處理溫度的升高，纖維素含量逐漸增加，同時在較高溫度下的DES預處理有利于木質素的溶解和化學降解[60]。Ji等研究了乳酸/氯化膽堿DES在超聲波甘蔗渣分級過程中的協同作用，在試驗過程中他們也研究了DES反應溫度方面的影響，試驗結果表明，隨著預處理溫度從90 ℃增加到120 ℃，木質素及半纖維素的去除率不斷增加。說明反應溫度的提高可以獲得更好的預處理效果，推測原因可能是高溫降低了DES的黏度。但當反應溫度從 120 ℃ 提高到130 ℃時，木質素及半纖維素的去除率反而會下降。說明升溫雖然有助于生物質分離，但過高的溫度反而不利于預處理，同時還有造成較大的糖分損失等缺點[61]。

除了上述因素會影響DES預處理效果外，還有其他因素同樣會對生物質分離產生影響。如反應時間、生物載量、DES導電率和DES黏度等。以DES黏度為例，通常情況下DES黏度越低越有利于生物質分離，當DES黏度較低時，可以更容易地滲入到木質纖維素組分中。反之，當DES黏度越大時，就越不利于傳質，從而阻礙木質纖維素之間的相互作用，不利于生物質的預處理。在實際操作中，一般采用降低添加水分、提高溫度和添加第3組分等方法來降低DES的黏度[62]。

5 展望

DES是21世紀初新發現的 “類離子液體”生物質預處理溶劑。經過眾多科研工作者十幾年的不斷研究，在DES預處理生物質方面已經取得很多重要研究成果。他們探究了DES預處理各種類型生物質的影響因素，優化了反應條件，并提出了二者相互作用的作用機制。但總的來說，對DES 的研究仍處于初級階段，在其他方面仍有許多問題需進一步研究。

(1)DES與生物質之間的作用機制并不明確，需進一步探索以提高木質纖維素分離效率。可在前人大量試驗的基礎上輔助分子模擬等手段對二者之間的作用機制進行探究。隨著探究的不斷深入還可以建立起DES分離生物質三大組分效果的預測模型，減少實際操作中不必要的DES篩選過程。這些研究對木質纖維素高效分離及組分的高值化利用具有重要意義。同時需預處理生物質的類型不同，明確二者之間的作用機制，可以為DES的有效設計提供參考。(2)DES黏度較高，傳質困難，需進一步探索提高組分分離效率。DES中含有大量氫鍵網絡，導致其黏度較高，不利于生物質組分的分離。實際中往往會加入適量水等方法降低DES黏度，提升傳質能力。但關于水降低黏度的作用機制并不明確，水與DES之間是否存在協同效應也未可知。可對其進一步探索優化DES反應環境。這些研究對之后DES大規模工業應用具有指導意義。(3)DES回收成本高。以往雖有對DES回收的研究，但研究的不夠深入。且現有DES回收方法對機器的精密度和操作條件要求較高，經濟效益低。可以對其深入研究，找到回收成本價格低廉且回收DES純度高的好方法。另外，回收的DES重復利用性也較低。DES具有低揮發性的特點，在回收過程中不可避免會有難揮發性溶質的殘留，這不利于DES的高循環利用。以上研究對經濟效益、綠色環保具有積極影響。