木质素是地球上最丰富的有机聚合物之一，约占木材和其他植物干质量的20%至30%。
尽管木质素含量丰富，但其复杂的结构对研究人员将其分解成可用于化学品、塑料和燃料可持续生产的有用成分提出了挑战。因此，在纸张和其他植物性产品的生产过程中，木质素经常被作为废物丢弃。
然而，佐治亚理工学院的研究人员已经开发出一种方法，可以比以往更有效地将木质素转化为有价值的化学物质。
研究人员使用了一种被称为机械催化的方法，这种方法利用物理力，如振动或旋转，在球磨机中驱动化学反应，而不需要溶剂、热量或高压。他们的研究发表在ACS可持续化学与工程杂志上。
佐治亚理工学院化学与生物分子工程学院教授卡斯滕·西弗斯解释说，木质素生物炼制的第一步是解聚，将木质素分解成小分子。
“不幸的是，许多解聚过程需要使用溶剂，将产品与溶剂、催化剂和污染物分离可能是复杂的，能源密集型的，并且会留下废物，”西弗斯说。
“减少这些分离步骤的一种方法是在球磨机中进行木质素解聚，在球磨机中与钢球碰撞创造环境，使固态反应成为可能，而不需要溶剂或液相。”
研究生艾琳·菲利普斯(化学)在西弗斯教授和玛尔塔·哈泽尔教授的共同指导下，使用钯催化剂来分解木质素的坚固键。钯粒子具有储存氢的特殊能力，使化学反应更有效。
研究人员与布鲁克海文国家实验室的Eli Stavitski合作，使用高能同步加速器x射线来验证这种结合氢的方式可以防止氢从磨球的撞击位置逃逸的假设。
他们发现，在相同的反应条件下，钯催化剂打破木质素模型化合物的键的速度比镍基催化剂快300倍。
“效率的显著提高意味着该过程可以在更短的时间内产生更多的苯酚和其他有价值的化学物质，使其成为大规模生物质转化的有希望的方法，”菲利普斯说。
西弗斯的研究小组先前已经证明木质素化合物可以在氢解反应中与氢和镍催化剂转化。但哈泽尔补充说，这种反应所需的时间还有改进的空间。
研究人员说，他们的新方法可以为利用木质素和其他生物质资源的未开发潜力的新技术铺平道路，因为工业正在寻找更可持续和更有效的化学生产方法。
