在過去20年里，隨著環(huán)境污染問題日益嚴重，人們的環(huán)保意識逐漸增強，加速推動了綠色化學(xué)的興起[1]。溶劑是綠色化學(xué)研究的一個重要領(lǐng)域，而傳統(tǒng)的有機溶劑大多是易燃有毒的[2]。為此，研究人員開發(fā)了基于水、超臨界流體（Supercritical Fluid，SCF）和離子液體（Ionic Liquids，ILs）的綠色溶劑工藝[3-4]。水作為常用的化學(xué)反應(yīng)溶劑，無毒無害，廉價易得，但其不能溶解有機化合物，汽化能高[5]。SCF具有易于處理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、安全環(huán)保等優(yōu)點，常用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)有機溶劑，然而，SCF通常是非極性的，對極性溶質(zhì)的溶解能力有限[6]。ILs是完全由離子組成的有機鹽狀物質(zhì)，熔點多低于100℃[7]，具有不揮發(fā)[8]、可回收[9]、熱穩(wěn)定[10]和不可燃[11-12]等優(yōu)點，被認為是極具發(fā)展?jié)摿Φ木G色溶劑[13-14]；但ILs存在成本高[15]、生物降解性差[16]、毒性大[17]、黏度高[18]等缺點阻礙了其在工業(yè)上的應(yīng)用。因此，新一代綠色溶劑——低共熔溶劑（DESs）被成功研發(fā)出來，用于克服上述幾種溶劑的局限性，從而更好地應(yīng)用于工業(yè)。
DESs是由季銨鹽、季磷鹽等氫鍵受體（Hydrogen Bonding Acceptor，HBA）與氫鍵供體（Hydrogen Bond Donor，HBD）按照一定的物質(zhì)的量比通過氫鍵作用、范德華力或靜電作用相互結(jié)合在一起的熔融鹽，其在室溫或接近室溫條件下呈流體形態(tài)。DESs因與ILs具有許多相同的物化性質(zhì)而被視為類ILs綠色溶劑[19]。DESs含有有機分子成分（通常是指HBD，如尿素、酰胺、酸或多元醇），且常以它們?yōu)橹饕M成部分[20]，其分類表達式如表1所示[21]。與傳統(tǒng)的ILs相比，DESs廉價、可降解[22]、無毒[23]、易制備、且環(huán)境友好[24]，因此DESs比傳統(tǒng)的ILs更受青睞。近年來，DESs更是引起了各界學(xué)者的廣泛關(guān)注，在各個領(lǐng)域的相關(guān)研究報道也逐年增加（如圖1和圖2所示）。
表1 DESs分類的一般公式[21]
Table 1 General formula for the classification of DESs[21]
| 類型 | 通式 | 舉例 |
|---|
| I | Cat+X-zMClx | M = Zn, Sn, Fe, Al |
| II | Cat+X-zMClx·yH2O | M = Cr, Co, Cu, Ni, Fe |
| III | Cat+X-zRZ | Z = CONH2, COOH, OH |
| IV | MClx + RZ = MClx-1+·RZ +MClx+1- | M = Al, Zn， Z = CONH2, OH |
圖1 DESs在各領(lǐng)域的出版文章數(shù)量
Fig. 1 The number of articles published by DESs in various fields
注 圖中數(shù)據(jù)源于Web of Science。
Fig. 2 The number of DESs articles published per year
注 圖中數(shù)據(jù)源于Web of Science。
木質(zhì)纖維生物質(zhì)主要由纖維素（30%~50%）、半纖維素（20%~30%）和木質(zhì)素（15%~30%）組成，是地球上最豐富的生物質(zhì)資源，是生物質(zhì)精煉的理想原料[25]。生物質(zhì)精煉是指通過預(yù)處理先將木質(zhì)纖維生物質(zhì)的3大組分（纖維素、半纖維素和木質(zhì)素）進行有效分離，然后將分離出來的3大組分轉(zhuǎn)化為能源、材料與化學(xué)品的過程，生物質(zhì)精煉可有效促進木質(zhì)纖維生物質(zhì)的高值化利用[26-29]。在木質(zhì)纖維生物質(zhì)預(yù)處理領(lǐng)域，相比于傳統(tǒng)溶劑，DESs有著明顯的優(yōu)勢，其與水的相容性好，可通過氫鍵相互作用穩(wěn)定糖類和呋喃衍生物；同時，與酶也有良好的生物相容性[30]。此外，組成DESs的HBD可與3大組分形成氫鍵，從而弱化3大組分之間的氫鍵作用，選擇性溶出半纖維素和木質(zhì)素。而纖維素中存在大量分子間和分子內(nèi)氫鍵，采用DESs難以將其從木質(zhì)纖維生物質(zhì)中溶解出來，從而保留了纖維素結(jié)構(gòu)，達到組分分離的目的，促進了木質(zhì)纖維生物質(zhì)的綜合利用[31-32]。因此，DESs在木質(zhì)纖維生物質(zhì)預(yù)處理領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸受到專家學(xué)者的關(guān)注[33]。本文重點綜述了其在預(yù)處理木質(zhì)纖維生物質(zhì)、制備納米纖維素、高效分離提取木質(zhì)素與半纖維素領(lǐng)域的研究進展，以期為DESs在木質(zhì)纖維生物質(zhì)的應(yīng)用研究中提供參考。
1 DESs預(yù)處理木質(zhì)纖維生物質(zhì)
木質(zhì)纖維生物質(zhì)的細胞壁結(jié)構(gòu)復(fù)雜且致密，使其難以被溶解和利用，因此，預(yù)處理成為有效利用木質(zhì)纖維生物質(zhì)的關(guān)鍵[34]。DESs具有較強的氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在預(yù)處理木質(zhì)纖維生物質(zhì)過程中可有效溶出半纖維素和木質(zhì)素，實現(xiàn)木質(zhì)纖維生物質(zhì)的組分分離，提高酶解糖化效率。Lin等人[35]研究了不同組成的氯化膽堿（ChCl）-乳酸DESs體系預(yù)處理竹屑的酶解效率，并將酶解效率與半纖維素去除率、木質(zhì)素去除率、纖維素結(jié)晶度及纖維素聚合度等因素進行了線性擬合。結(jié)果表明，此DESs可有效去除木質(zhì)素和半纖維素，降低纖維素的聚合程度，提高纖維素的結(jié)晶度，增加纖維素的可及性，采用ChCl-乳酸（物質(zhì)的量比1∶4）在130℃下預(yù)處理竹屑72 h后所得酶解效率最高（76.9%），線性擬合結(jié)果呈線性相關(guān)（R2=0.6~0.9），這一發(fā)現(xiàn)有助于理解DESs預(yù)處理提高木質(zhì)纖維生物質(zhì)酶解效率的機理。Procentese等人[36]采用ChCl-尿素、ChCl-甘油和ChCl-咪唑DESs體系預(yù)處理玉米芯，對比了DESs在不同溫度下處理玉米芯所得殘渣的酶解效率。研究結(jié)果表明，以ChCl-尿素預(yù)處理（80~150℃）玉米芯后，殘渣的酶解效率顯著提高，從39.9%上升至91.5%，以ChCl-甘油和ChCl-咪唑預(yù)處理后，酶解效率僅略微升高。由此可知，隨著預(yù)處理溫度的升高，殘渣的酶解效率普遍升高，升高幅度取決于HBD的種類。Zhang等人[37]制備了ChCl-一元羧酸、ChCl-二元羧酸和ChCl-多元醇DESs體系用于預(yù)處理玉米芯，對比了3類DESs的脫木質(zhì)素能力和預(yù)處理后殘渣的酶解效率。結(jié)果表明，在溫度90℃，時間24 h條件下，ChCl-乳酸（物質(zhì)的量比1∶15）、ChCl-草酸（物質(zhì)的量比1∶1）具有較好的脫木質(zhì)素能力（＞93%），但殘渣的酶解效率不高（＜80%）；ChCl-多元醇類DESs具有較高的木質(zhì)素去除率（最高可達87.6%）和酶解糖化產(chǎn)率（最高可達96.4%）。DESs通過去除半纖維素和木質(zhì)素破壞玉米芯的細胞壁結(jié)構(gòu)，從而提高預(yù)處理效果；其中，HBD的性質(zhì)和用量對預(yù)處理效果有較大影響。Wang等人[38]綜合評價了ChCl-對羥基苯甲酸（PB）DESs體系對楊木的預(yù)處理效果。結(jié)果表明，ChCl-PB在160℃下預(yù)處理楊木3 h即可有效去除半纖維素和木質(zhì)素，半纖維素去除率高達82.3%，木質(zhì)素去除率可達69%；殘渣酶解72 h后，酶解糖化效率超過90%。Xu等人[39]研究發(fā)現(xiàn)ChCl-甲酸在預(yù)處理（130℃、2 h）玉米秸稈過程中可脫除66.2%半纖維素和85.3%的木質(zhì)素，最終酶解糖化效率可達99.0%。
采用不同處理方式輔助DESs預(yù)處理木質(zhì)纖維生物質(zhì)可提高其預(yù)處理效果，相關(guān)研究成果已被大量報道。路易斯酸是酸催化反應(yīng)過程中常用的催化劑，其因與DESs具有協(xié)同效應(yīng)而被應(yīng)用于木質(zhì)纖維生物質(zhì)預(yù)處理領(lǐng)域。Loow等人[40]探究了以ChCl-尿素（物質(zhì)的量比1∶2）組成的DESs和CuCl2協(xié)同預(yù)處理油棕櫚葉制備木糖的效果，如圖3所示。研究發(fā)現(xiàn)在溫度低于100℃、固液比為1∶10的條件下，單獨以DESs對油棕櫚葉進行預(yù)處理未獲得木糖，而先用DESs（120℃，4 h）處理后，再用0.4 mol/L的CuCl2溶液（120℃，30 min）進行水解，可產(chǎn)生含有14.76 g/L木糖的預(yù)處理水解液，比僅用CuCl2進行預(yù)處理所得水解液中木糖的含量（11.87 g/L）高出25%。此外場發(fā)射掃描電子顯微鏡、比表面積、X射線衍射和傅里葉變換紅外光譜等表征證實了經(jīng)DESs處理后油棕櫚葉的木質(zhì)素被大量脫除，使用這種綜合預(yù)處理方式可使木糖產(chǎn)率與其他傳統(tǒng)預(yù)處理方法相當(dāng)。Huang等人[41]研究發(fā)現(xiàn)在ChCl-鄰甲氧基苯酚DESs體系中加入AlCl3可顯著提高該DESs體系對稻草的預(yù)處理效果。加入AlCl3后，在相同預(yù)處理條件下（130℃、1 h），殘渣回收率從93.50%下降到57.63%，木質(zhì)素去除率提高了25%；同時，半纖維素去除率顯著升高，從5%上升至76.42%；隨著木質(zhì)素和半纖維素的去除，最終的酶解糖化率達到了100%。
圖3 DESs+CuCl2預(yù)處理油棕櫚葉促進半纖維素水解[40]
Fig. 3 DESs+CuCl2 pretreated oil palm fronds improving hydrolysis of hemicelluloses[40]
微波預(yù)處理作為一種生物質(zhì)煉制的熱處理方法，具有反應(yīng)時間短、溶劑用量少、副反應(yīng)少、能量效率高和無復(fù)雜參數(shù)變化等優(yōu)點[42-43]。微波輔助預(yù)處理可顯著縮短DESs預(yù)處理的反應(yīng)時間，且能達到與純DESs相當(dāng)或更好的預(yù)處理效果。Liu等人[44]報道了一種快速分離木質(zhì)素的簡便方法，其利用微波輔助DESs預(yù)處理楊木，使楊木的木質(zhì)素-碳水化合物復(fù)合物（Lignin-Carbohydrate Complex，LCC）的化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，從而快速分離得到木質(zhì)素。該DESs體系由ChCl和草酸二水合物組成，氫鍵酸度為1.31，在80℃、800 W微波輻射條件下，DESs體系對楊木處理3 min即可有效提取木質(zhì)素，提取的木質(zhì)素的質(zhì)均分子質(zhì)量（Mw）為913，多分散性為1.25，且純度高達96%（單獨以ChCl-草酸二水合物的DESs體系需在110℃下處理楊木9 h才能達到相當(dāng)?shù)念A(yù)處理效果），其它溶解物主要為葡萄糖、木糖和羥甲基糠醛；未溶解物主要為Ⅰ型纖維素，其結(jié)晶度約為75%，可用于制備納米纖維素。該研究工作可得到結(jié)晶度高的纖維素、高純度的木質(zhì)素以及單糖、羥甲基糠醛等化學(xué)品，可為生物質(zhì)全組分利用提供理論指導(dǎo)，改善木質(zhì)纖維素生物質(zhì)精煉的經(jīng)濟性。Chen等人[45]采用微波輔助（800 W，45 s，152℃）ChCl-乳酸（物質(zhì)的量比1∶2）DESs體系預(yù)處理玉米秸稈、柳枝稷和芒草，進行組分分離。研究結(jié)果表明，在該預(yù)處理條件下，3種木質(zhì)纖維生物質(zhì)的木質(zhì)素和半纖維素被大量去除，同時保留了大部分的纖維素，從預(yù)處理液中再生所得木質(zhì)素的純度較高（85%~87%），且后續(xù)纖維素的酶解糖化率均提高了2~5倍。
超聲預(yù)處理主要是利用超聲波的空化作用、機械效應(yīng)和熱效應(yīng)等加速物質(zhì)的釋放、擴散和溶解。因此，超聲輔助預(yù)處理可增強DESs對目標(biāo)化合物的提取效果。Bosiljkov等人[46]以超聲輔助ChCl-蘋果酸天然低共熔溶劑（Natural Deep Eutectic Solvents，NADES）體系提取果酒酒糟中的花青素，采用響應(yīng)面分析法得出，在提取時間30.6 min，超聲功率341.5 W，NADES含水量35.4%條件下對花青素的提取率可達100%。Ong等人[47]探究了不同超聲條件下ChCl-尿素DESs體系對油棕櫚葉木質(zhì)素的去除效果。結(jié)果表明，在超聲振幅70%，時間30 min條件下，木質(zhì)素的去除率可達36.42%，遠高于僅以DESs進行預(yù)處理的木質(zhì)素去除率（14.02%）。Lee等人[48]研究了超聲與DESs預(yù)處理油棕空果束（Oil Palm Empty Fruit Bunch，OPEFB）的協(xié)同效應(yīng)，以ChCl-乳酸、ChCl-尿素和ChCl-甘油等DESs體系在不同超聲條件下對OPEFB進行處理，根據(jù)還原糖產(chǎn)率、木質(zhì)素去除率、OPEFB的結(jié)構(gòu)形態(tài)變化對預(yù)處理的性能進行評價。結(jié)果表明，在超聲功率210 W、溫度50℃、時間15 min條件下，經(jīng)ChCl-乳酸的DESs體系預(yù)處理的OPEFB所得還原糖產(chǎn)率最高（36.7%），木質(zhì)素含量最低（4.9%），其致密的細胞壁結(jié)構(gòu)坍塌，形態(tài)發(fā)生顯著變化，證明超聲與DES預(yù)處理具有協(xié)同效應(yīng)。
纖維素是木質(zhì)纖維生物質(zhì)中含量最多的成分。納米纖維素是以天然纖維素為原料制備的一種納米級的纖維素，其強度高、熱穩(wěn)定性好、比表面積大且富含羥基基團，在許多領(lǐng)域中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用價值[49]。DESs在木質(zhì)纖維素納米化方面優(yōu)勢顯著：可通過調(diào)節(jié)DESs組成和控制處理工藝，實現(xiàn)納米纖維素形貌和性質(zhì)的可控性；DESs預(yù)處理木質(zhì)纖維生物質(zhì)幾乎不破壞纖維素的I型結(jié)晶結(jié)構(gòu)，可有效提高納米纖維素的產(chǎn)率，且具有一定的產(chǎn)業(yè)化潛力[50]。Yang等人[51]在ChCl-草酸二水合物DESs體系中加入FeCl3·6H2O作為催化劑，并采用該溶劑體系處理（80℃、6 h）漂白硫酸鹽桉木漿（Beached Eucalyptus Kraft Pulp，BEKP），成功制備出直徑5~20 nm，長度50~300 nm的纖維素納米晶體（Cellulose Nanocrystals，CNC），且CNC得率超過90%，結(jié)晶度高達80%。該溶劑體系可循環(huán)使用、綠色環(huán)保，如圖4所示。Sirvi?等人[52]報道了利用ChCl-草酸DESs體系對纖維素進行預(yù)處理制備CNC的新方法。首先，在60~100℃溫度下制備DESs，并用其水解處理纖維素的無定形區(qū)域，經(jīng)DESs處理后的纖維素降解為微細纖維，再將微細纖維進行機械研磨處理，成功制備了CNC。所得CNC的寬度為9~17 nm，長度為310~410 nm，結(jié)晶度指數(shù)和羧酸含量分別為66%~71%和0.20~0.28 mmol/g，且具有良好的熱穩(wěn)定性。這種CNC生產(chǎn)工藝具有加工條件溫和、制備簡單、低毒、成本相對較低等優(yōu)點。Liu等人[53]采用微波輔助（800 W，80℃，3 min）ChCl-草酸DESs體系預(yù)處理棉纖維，然后再進行超聲處理（1200 W，30 min）制備出直徑為3~25 nm，長度為100~350 nm的CNC，該CNC的結(jié)晶度高達82.0%，具有良好的熱穩(wěn)定性，得率高達74.2%，有效提高了棉纖維的利用率。
圖4 利用FeCl3·6H2O催化DESs反應(yīng)制備CNC流程圖[51]
Fig. 4 Schematic diagram of preparation of CNC by DESs reaction catalyzed by FeCl3·6H2O[51]
目前，主要以帶氨基的尿素、氨基磺酸、鹽酸胍等鹽類作為HBD制備纖維素納米纖絲（Cellulose Nanofibrils，CNF），這類DESs體系對纖維素的破壞程度較低，可有效提高CNF的理化性質(zhì)穩(wěn)定性。Li等人[54]以尿素、硫氰酸銨和鹽酸胍作為HBD制備DESs，并用其預(yù)處理纖維素成功制備出CNF，如圖5所示。結(jié)果表明，尿素基DESs體系均能使纖維素產(chǎn)生潤脹作用，對潤脹后的纖維素進行不同程度的機械處理后，均可制備出直徑為13.0~19.3 nm的CNF。采用該CNF制備的半透明納米纖維膜具有良好的熱穩(wěn)定性和機械性能，其拉伸強度可達189 MPa，彈性模量為7.7 GPa。Sirvi?等人[55]以ChCl-尿素（物質(zhì)的量比1∶2）DESs體系作為非水解預(yù)處理介質(zhì)，采用微流化器處理促進纖維素納米化，并研究了DESs處理對纖維性能的影響。結(jié)果表明，經(jīng)DESs預(yù)處理后，纖維素的晶體結(jié)構(gòu)和聚合程度均保持不變，再通過微流化器處理成功制備出直徑為2~5 nm的CNF。Yu等人[56]以ChCl-草酸二水合物DESs體系預(yù)處理（100℃，4 h）苧麻原纖維制備CNF，所制CNF的平均寬度為14.29 nm，結(jié)晶度高達79.17%，且具有良好的熱穩(wěn)定性。采用該CNF制備的薄膜拉伸強度為98.071 MPa，彈性模量為2.749 GPa。因此，DESs在納米纖維素（CNC和CNF）的制備方面具有極高的應(yīng)用價值。
Fig. 5 Preparation of CNF from urea-based DES[54]
木質(zhì)素作為木質(zhì)纖維生物質(zhì)的3大主要成分之一，是由3種苯丙烷單元通過醚鍵和碳碳鍵相互連接形成的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的天然高分子。木質(zhì)素廣泛存在于維管植物中，尤其是木本植物，在細胞壁中與纖維素和半纖維素存在較強的相互作用[57]。近年來，研究人員制備了能夠選擇性溶解木質(zhì)素的DESs，可實現(xiàn)木質(zhì)素的高效分離，同時提高纖維素的酶解糖化效率，促進木質(zhì)纖維生物質(zhì)的高值化利用[58]。Francisco等人[59]首次報道了木質(zhì)素易溶于酸性DESs體系中，而纖維素在此類DESs體系中幾乎不溶解，此研究結(jié)果表明采用酸性DESs體系預(yù)處理木質(zhì)纖維生物質(zhì)可實現(xiàn)木質(zhì)素和纖維素的有效分離。Carlos等人[60]以DESs預(yù)處理木質(zhì)纖維生物質(zhì)并從中選擇性提取出木質(zhì)素，該研究工作使用ChCl分別與乙酸、乳酸、乙酰丙酸和甘油制備而成的DESs體系對楊樹和冷杉進行處理。研究結(jié)果表明，這些DESs體系可選擇性斷裂木質(zhì)素中的醚鍵，從而將木質(zhì)素提取出來，且木質(zhì)素的提取率高（楊樹為78%，冷杉為58%）、純度高（達95%）。DESs斷裂苯丙烷單元間醚鍵機制的研究表明，DESs是一種可以從木質(zhì)纖維生物質(zhì)中選擇性脫除木質(zhì)素和改變木質(zhì)素結(jié)構(gòu)的新型溶劑。Kumar等人[61]采用ChCl/甜菜堿-乳酸NADES體系對稻草進行預(yù)處理，該溶劑體系可以成功從稻草中選擇性分離木質(zhì)素，從而達到一步分離稻草中木質(zhì)素和綜纖維素的目的。對NADES預(yù)處理后的提取物進行分析表明，該NADES分離的木質(zhì)素約占稻草中總木質(zhì)素含量的（60±5）%，且提取的木質(zhì)素純度較高（>90%）。此外，在NADES中加入少量水能顯著改善預(yù)處理效果，如采用含水量為5.0%的NADES對殘渣進行處理，可從殘渣中再提取出（22±3）%的木質(zhì)素。該研究制備的幾種NADES中，ChCl-乳酸（物質(zhì)的量比5∶1）DESs體系從稻草中提取的木質(zhì)素含量最高，為（68±4） mg/g；分離木質(zhì)素后，對富含綜纖維素的殘渣進行酶解糖化處理，糖轉(zhuǎn)化效率為（36.0±3.2）%。Wang等人[62]在ChCl-甘油DESs體系中加入路易斯酸（AlCl3、FeCl3、FeCl2、ZnCl2和CuCl2）預(yù)處理雜交狼尾草制備高純度且具有抗氧化活性的木質(zhì)素，并對該木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)特性進行了綜合分析。結(jié)果表明，F(xiàn)eCl3催化DESs預(yù)處理雜交狼尾草促進了木質(zhì)素的分離，所得木質(zhì)素具有良好的抗氧化活性，其酚羥基含量大幅增加，醚鍵含量隨著預(yù)處理劇烈程度的提高而逐漸減少。
隨著研究工作不斷深入，研究人員還對DESs脫除木質(zhì)素的機理進行了探究。Hou等人[63]以ChCl-草酸二水合物DESs體系預(yù)處理稻草制備可發(fā)酵糖和其他平臺化合物，并進行了機理研究，研究發(fā)現(xiàn)該體系可有效降解半纖維素和分離木質(zhì)素（純度＞82%）并獲得易于酶解的富含纖維素的原料，流程如圖6所示。該研究還采用共聚焦激光掃描顯微鏡和透射電子顯微鏡對稻草細胞壁的超微結(jié)構(gòu)進行表征，木質(zhì)素分布的超微結(jié)構(gòu)變化表明木質(zhì)素的脫除優(yōu)先發(fā)生在細胞角隅處和復(fù)合胞間層中，而不是發(fā)生在次生壁中。該研究工作提出了酸性DESs脫除木質(zhì)素機理的新見解，對開發(fā)分離提取木質(zhì)素的酸性DESs體系具有重要的指導(dǎo)意義。Loow等人[64]研究發(fā)現(xiàn)含鹵素陰離子的DESs體系脫木素能力較強，原因在于鹵素陰離子可與木質(zhì)素的羥基基團形成氫鍵，從而實現(xiàn)木質(zhì)素的溶解提取。因此，DESs脫木素效率取決于其所含的鹵素陰離子和木質(zhì)素形成氫鍵能力的強弱。Xia等人[65]研究發(fā)現(xiàn)α氫鍵酸性和β氫鍵堿性值較高的DESs對木質(zhì)素的分離提取效果較好，其中氫鍵酸性值較高的DESs具有較好的氫質(zhì)子生成能力，可催化醚鍵、糖苷鍵和LCC鍵斷裂，實現(xiàn)木質(zhì)素的分離提?。欢鴼滏I堿性值較高的DESs具有較好的氫鍵接受能力，可與木質(zhì)素形成較強的氫鍵作用，從而起到分離提取木質(zhì)素的作用。
Fig. 6 Flow chart of DESs pre-treated rice straw[63]
半纖維素由幾種不同類型的單糖構(gòu)成，具有主鏈和支鏈，是由多種復(fù)合聚糖構(gòu)成的不均一聚糖的總稱。半纖維素組成較為復(fù)雜，研究中常以聚木糖作為模型化合物對其溶解性能進行測試與表征，DESs溶解半纖維素的研究相對較少。Morais等人[66]研究了聚木糖在ChCl-尿素（物質(zhì)的量比1∶2）和ChCl-醋酸（物質(zhì)的量比1∶2）2種DESs體系中的溶解性能，并利用響應(yīng)面法得出在ChCl-尿素DESs體系質(zhì)量分數(shù)66.7%、溫度80℃條件下，聚木糖的溶解度（328.23 g/L）最高，與1.67 mol/L NaOH溶液的溶解度（316.47 g/L）相當(dāng)，遠高于ChCl-醋酸DESs體系中聚木糖的溶解度（208.61 g/L）。通過添加無水乙醇作為反向溶劑再生聚木糖，其得率超過90%。對再生聚木糖進行表征，發(fā)現(xiàn)在聚木糖溶解再生的過程中，其側(cè)鏈上的4-O-甲基葡萄糖醛酸發(fā)生脫落；最后采用該ChCl-尿素DESs體系在90℃下連續(xù)處理桉木原料24 h，最終提取得到14.8%的半纖維素。Yu等人[67]以4種ILs作為HBA制備了一系列ILs基DESs，測定了聚木糖在這些DESs體系中的溶解性能。結(jié)果表明，當(dāng)溫度為343.15 K時，聚木糖在1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽-乙二醇（物質(zhì)的量比2∶1）DESs體系中的溶解度（40.4%）最高。Malaeke等人[68]研究了聚木糖在ChCl-苯酚、ChCl-α-萘酚、ChCl-間苯二酚和ChCl-馬來酸中的溶解性能。結(jié)果顯示，聚木糖在各溶劑中的最大溶解度分別為1.55%、0.92%、1.96%和0.85%，均低于纖維素和木質(zhì)素在相應(yīng)溶劑中的最大溶解度。Lynam等人[69]測試了60℃條件下聚木糖在5種酸性DESs中的溶解性，結(jié)果表明，聚木糖在ChCl-乳酸（物質(zhì)的量比1∶10）DESs體系中的溶解度小于5%，在ChCl-甲酸、ChCl-乙酸、甜菜堿-乳酸和脯氨酸-乳酸DESs體系中的溶解度均小于1%。
DESs可應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，被認為是21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ木G色溶劑。DESs應(yīng)用于木質(zhì)纖維生物質(zhì)預(yù)處理領(lǐng)域的潛力巨大，通過高效提取分離木質(zhì)素與半纖維素，得到高純度的木質(zhì)素與大量的半纖維素產(chǎn)物，同時提高了纖維素的可及性，從而達到更高的酶解糖化效率，對實現(xiàn)木質(zhì)纖維生物質(zhì)全組分高值化利用具有重要意義，且DESs有望實現(xiàn)納米纖維素的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，進一步擴大經(jīng)濟效益。近幾年，有關(guān)DESs的研究報道大幅增加，DESs的研究發(fā)展迅速，但還存在許多局限，是未來需要重點攻克的難題。
5.1 研究工作涉及的DESs類型很少，現(xiàn)有研究集中在ChCl基DESs上；有關(guān)DESs的理化性質(zhì)的研究也很少，源自不同文獻的數(shù)據(jù)差異較大，還沒有系統(tǒng)地研究HBA和HBD類型及其物質(zhì)的量比對溶劑性質(zhì)的影響。
5.2 DESs極性、pH值、黏度等理化性質(zhì)與其在處理纖維素和木質(zhì)素過程中所產(chǎn)生的作用機理尚未完全明確。
5.3 DESs分離木質(zhì)纖維生物質(zhì)組分的研究尚處于初步階段，關(guān)于半纖維素在DESs中的解離機制的研究很少，有關(guān)其溶解性能的報道也存在分歧。
5.4 有關(guān)DESs回收利用的次數(shù)和方式及回收利用后溶劑的性質(zhì)變化等方面的研究不夠充分，缺乏系統(tǒng)性。
5.5 DESs的生產(chǎn)規(guī)模較小，難以實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
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