北京
该混合系统的己二酸产量远高于以往基于木质素的方法。
尼龙是全球使用最广泛的合成材料之一，但其生产仍然严重依赖化石燃料和能源密集型工业过程。研究人员如今认为，可能会有一种更清洁的替代方案。
在《自然》杂志发表的一项新研究中，科学家介绍了一种技术，可将木质素（植物中坚韧的木质成分，常被丢弃或焚烧）转化为己二酸——尼龙的关键化学构件之一。该方法将受炼油启发的化学处理与经过特殊改造、能执行高选择性反应的微生物相结合。
据研究人员称，该混合系统的己二酸产量明显高于以往基于木质素的方法，有望为尼龙生产开辟一条更可持续、碳足迹更低的路线。
长期被忽视的工业副产物中的新价值
木质素常常被当作工业废弃物处理，这种天然聚合物赋予植物强度和刚性。它是地球上最丰富的有机材料之一，也被认为是生物质中利用程度最低的组分。每年，造纸和生物燃料行业会产生数百万吨木质素副产品，其中大部分仅作为低价值能源被直接烧掉。
然而，木质素富含碳的芳香族结构，可以转化为高价值的工业化学品。挑战在于找到一种高效且成本合算的方法，以商业规模将其分解为简单的高价值化合物。研究人员长期面临困境，因为富含木质素的副产物通常是复杂且不一致的混合物，难以加工和精炼。
尽管木质素一直被视为有前景的可再生芳香族化学品来源，但其复杂且高度可变的特性限制了其工业应用。研究人员指出，木质素在提取过程中往往会降解，而目前大多数的加工方法会产生复杂的化合物混合物，而非适合大规模制造的简单高价值分子。
这些局限性意味着当前的木质素转化技术对任何单一产品的收率通常仅在 20% 左右，在商业上缺乏吸引力。这些方法还容易产生难以分离和精炼的酚类化合物复杂混合物。寻找将木质素更高效地转化为己二酸或其他尼龙前体的方法，有助于减少生物质废弃物以及石油基塑料的碳足迹。
化学与生物混合工艺有望变革尼龙制造
通过将成熟的化学加工与工程改造细菌相结合，这种新方法可将低价值的植物废料转化为尼龙生产的关键原料。该过程从杨木木片开始，从中提取木质素并分解为富含芳香族化合物的油。
随后，这种油在反应器中经处理去除不需要的含氧基团，再通过另一个化学步骤转化为水溶性芳香酸。最后，工程改造的微生物将这些中间产物转化为己二酸，完成整个过程。
研究人员引入一种经过改造的恶臭假单胞菌，它能将混合物中的大部分芳香族羧酸转化为黏康酸内酯。这一中间体随后可通过化学方法转化为己二酸——尼龙生产的关键组分。
实验中，该过程达到了约 26 wt%（每克木质素所得产品克数）的己二酸收率。然而，团队估计，若进一步优化，收率有望提升至最高 57 wt%。他们还证明，该方法适用于不同的木材来源，包括杨木、松木和桦木，这表明它可以广泛应用于各种类型的木质素原料。
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