科学探索|可持续材料：科学家从废物中创造有价值的塑料和化学品可持续材料：科学家从废物中

特拉华大学的研究人员报告说，用低压方法可以将工业加工的生物质转化为塑料和化学品。如果我们希望帮助地球，我们需要更多的可持续材料，这已经不是什么秘密。生物衍生的材料是一个潜在的选择，但是如果有人要使用它们，它们必须是经济的。

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在Thomas H. Epps, III 教授的领导下，特拉华大学的一个研究小组和CanmetENERGY的合作者在寻找将生物质升级为新产品的方法时，正是考虑到了这种类型的经济学。以木质素为例。木质素是植物和树木的一种成分，它提供强度和硬度，帮助植物群落抵御大自然的袭击。
然而，在纸浆和造纸工业中，木质素是制造纸制品时留下的废物。这种类型的木质素，被称为技术木质素，被认为是最肮脏的东西，是不能使用的--也许除了燃烧取暖或添加到轮胎中作为填充物。
特拉华大学的研究人员说，这种广泛可用的资源--全世界的纸浆和造纸厂每年产生约1亿吨技术木质素废物--可以变得更有价值。
该团队已经证明，有可能将工业加工的木质素有效地转化为高性能塑料，如生物基3D打印树脂，以及有价值的化学品。一项经济和生命周期分析显示，这种方法也可以与类似的石油产品竞争。
一篇描述这种新方法的论文于2022年1月19日发表在《科学进展》上。这项工作主要由美国国家科学基金会成长融合研究（NSF GCR）项目提供资金支持，该项目旨在通过多方位的跨学科合作解决问题。
Epps说：“像技术木质素这样的东西，不仅能够将其分解并转化为有用的产品，而且能够以低于石油材料的成本和环境影响做到这一点，这是以前没有人能够真正展示出来的，”他领导UD的NSF GCR工作，是Allan and Myra Ferguson化学和生物分子工程杰出教授。他还在材料科学与工程系担任联合职务。

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提升木质素的主要问题之一是，大多数提升木质素的过程都是在非常高的压力下进行的，而且价格昂贵，难以扩展。目前工业技术的主要缺点包括安全问题、资本成本以及与工艺中使用的传统溶剂、温度或压力有关的能源消耗。为了克服这些挑战，研究小组用甘油取代了木质素解构过程中使用的传统溶剂--甲醇，因此该过程可以在正常（环境）大气压下进行。
甘油是一种廉价的成分，用于液体化妆品、肥皂、洗发水和乳液，具有保湿功能。但在这里，甘油有助于将木质素分解成化学构件，可用于制造广泛的生物基产品，从3D打印树脂到不同类型的塑料、香料和香精化合物、抗氧化剂等等。
使用甘油提供了与甲醇相同的化学功能，但蒸汽压力要低得多，这就消除了对封闭系统的需要。这一变化使研究人员能够同时进行反应和分离步骤，从而形成一个更具成本效益的系统。在大气压下操作更安全。同样重要的是，它还提供了一个直接的途径，可以超越小批量的规模，连续运行该过程，以更少的劳动力创造出更多的材料，而且过程更便宜、更快速。

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开发这个过程，使其具有可重复性和一致性，花了大约一年的时间，其中包括本科生的贡献，包括论文的共同第一作者、2021年UD荣誉毕业生Paula Pranda 。
Pranda现在是科罗拉多大学博尔德分校的博士生，她帮助优化了这个过程。她还研究了该团队可以创造哪些类型产品的现有数据集，并估计了这些材料的物理特性。这使得共同作者Marianthi Ierapetritou教授小组的化学工程博士生罗玉清（音译）能够对该系统进行建模，看看它在经济上是否可行。