教学科研

材料学院生物质催化转化团队在木质素高值利用领域取得新进展

近日,我校材料学院宋国勇教授团队在Chemical Engineering Journal(一区,TOP期刊,IF="15.1)发表题为“Creating Tough Mussel-Inspired Underwater Adhesives from Plant Catechyl Lignin”的研究论文。


湿粘附材料在日常生活、海洋勘探和生物医学工程等领域具有广阔的应用前景。然而,大多数粘合剂容易粘附界面处水分子,发生水合、溶胀和降解,从而导致其失去粘附性。在自然界中,海洋贻贝具有较强的多界面湿粘附能力,研究表明其足丝蛋白中含有的3,4-二羟基苯丙氨酸(DOPA)可以与各种无机/有机物形成共价键和非共价键,使其具有较强的湿粘附性能。受海洋生物启发,大量以邻苯二酚为骨架的仿生聚合物表现出较强的水下粘附性能,本领域逐渐成为一个研究热点。然而,适用于聚合的邻苯二酚单体主要来源于石油衍生产品,该过程通常需要冗长的步骤、苛刻的反应条件,并且产物选择性和转化效率低。因此,利用储量丰富、可再生的低碳生物质原料制备仿生功能材料具有重要意义。


前期研究发现C-木质素是由单一咖啡醇单体通过苯并二恶烷连接键形成的生物单分子,具有线性、均一性、耐酸性等优点。通过催化降解可以得到单一的丙烯基或丙醇基邻苯二酚单体,这种功能化侧链可以为制备仿生功能材料提供官能团衍生化理想位点;同时长侧链可以使邻苯二酚部分远离聚合物主链,有助于增强聚合物粘合剂的粘聚作用。


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图1. 由乌桕果壳制备高性能黏附材料示意图


基于此,本研究以C-木质素为原料,通过C-木质素拆分、催化降解、官能团构筑及共聚策略,率先制备了贻贝仿生黏附材料(图1)。该材料在多种介质表面(玻璃、木材、聚四氟乙烯、钢板)表现出优异的粘附性能,尤其在疏水性聚四氟乙烯上的黏附强度超过2.0 MPa,在钢板上测试的水下粘附力也超过了8.1 MPa,明显优于已报道的结果(图2)。该工作证明了C-木质素骨架中邻苯二酚与制备高性能黏附材料的匹配性,实现了以乌桕果壳为起始原料制造高黏附性能的贻贝仿生水下粘合剂,为C-木质素高值化利用提供了理论基础。


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图2. C-木质素基黏附材料与已报道结果对比图


材料学院硕士研究生杜清莲为论文第一作者,青年教师王水众和宋国勇教授为通讯作者,该工作得到草莓视频污app下载市自然科学基金(No. 6242022)、国家自然科学基金(22208024)、中央高校基本科研业务费(no. 2021BLRD01)资助。


文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894724003139