随着化石资源的枯竭和气候变化，人们对于将可持续能源和材料的开发从化石资源转向可再生资源的关注日益增加。纤维素被认为是重要的可再生资源之一，并且含有丰富的葡萄糖单元，而葡萄糖作为重要的平台化学物质可以通过化学和生物方法转化为可持续的能源，化学物质和材料。因此，高效利用纤维素资源可以减轻我们对化石资源的依赖并减少CO2排放。
近期，贵州大学材料与冶金学院高分子系谢海波教授课题组在国际期刊《Bioresource Technology》（一区，IF：6.669）发表了一篇题为“Reversible covalent chemistry of carbon dioxide unlocks the recalcitrance of cellulose for its enzymatic saccharification”的研究论文，第一作者为我院2018级硕士研究生甘建云，第二作者为我院新能源科学与工程系2014级本科毕业生（现华中科大读研），指导老师谢海波教授。文章报道了一种简单，低成本和可持续的纤维素溶解预处理策略，在有机碱/CO2/DMSO溶剂体系中温和条件下进行预处理，促进纤维素中羟基与CO2的有机催化可逆反应克服纤维素的天然顽固性，从而增强纤维素的酶促糖化作用。预处理过的纤维素结构，形态和物理化学分析证实纤维素的晶体结构由于氢键网络的破坏从I型转化更有利于酶水解的II型。研究发现预处理效率与工艺温度，时间，CO2压力和选定的有机碱密切相关。回收实验表明，该溶剂体系易于回收利用，最多可重复使用5次，而不会明显降低预处理效率。并且考虑到生物乙醇行业大规模联合生产高质量的CO2，这项研究也暗示了使用生物乙醇生产过程中产生的CO2的可能途径，从而使第二代生物乙醇行业经济更加可行。总体而言，本研究的发现不仅对通过可逆CO2共价化学法对生物质进行预处理的新技术的设计和开发，而且对CO2的利用以及该新活化策略对木质纤维素生物质的相关扩展提供了重要的见解。
图1.TMG在温和条件下催化纤维素与CO2的可逆反应
图2. C=O、DBU(C=N)、DBUH+(C=NH+)随时间变化的原位红外监测(a): 30 ℃;(b): 40℃;(c): 50℃;(5 wt% MCC/DMSO/DBU, 2 MPa CO2);(d): C=O在30℃、40℃、50℃活化能。
图3（a）A：原纤维素：B，C和D：分别通过TEA，DBU，TMG/DMSO/CO2（2.0 MPa CO2，50 ℃，2 h）预处理;（b）：原纤维素的XRD拟合图; （c）：TMG/DMSO/CO2预处理再生纤维素拟合图
图4.原纤维素和TMG/DMSO/CO2（2.0 MPa CO2，50 ℃，2 h）预处理再生纤维素的酶解动力学
文献链接：https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.122230