名古屋大学研究生院环境学研究科的日比野高士教授，Zinchenko Anatoly副教授等率领的研究团队发布研究成果称，与SOKEN合作，开发出了一种在温和条件下通过电解废弃生物质之一的木质素磺酸盐，在阳极合成甲醇，阴极合成氢的方法。甲醇的收率达到40%。该方法有望为减少生物质利用过程中的CO₂排放量作出贡献。该成果已发表在9月23日的国际学术期刊《Applied Catalysis B：Environmental》上。
图1 通过电化学方法从木质素磺酸盐中提取甲醇和氢（供图：名古屋大学）
作为生物质备受关注的木质素占木材重量的20%～35%，在制浆造纸厂被分离成为木质素磺酸盐。另一方面，木质素磺酸的利用方法有限，高附加值化困难，用于木质素磺酸转化的热反应和催化反应都需要高压和高温条件。
此次研究团队尝试利用电化学反应的优点，在75℃、1个大气压、低电压的条件下，对木质素磺酸盐的甲氧基进行阳极氧化，以达到提取甲醇的目的。
由于阳极暴露在酸性溶液中，而且电位具有氧化性，因此使用了具有耐酸性和耐氧化性的铂（Pt）电极。为增加Pt电极的表面积，以溅射法在电解质膜表面进行蒸镀。阴极使用了商用的浸渍了几纳米大小的Pt粒子的碳电极。
首先将木质磺酸（10毫克）在各种温度、阳极电位下电解，观察来自阳极的气态生成物。
结果显示，随着电位的升高，依次生成了甲醇、二甲醚、CO₂和氧。
此外，在阳极从木质素磺酸盐中提取甲醇的同时，还确认到在阴极处产生了氢。
研究还发现，木质素磺酸盐的重量越大，甲醇生成速度和电流效率到反应后期保持得越高。
值得注意的是，无论木质素磺酸盐量多少，电流效率都显示出高达90%甚至更高。甲氧基到甲醇的收率平均为42%。
此次开发的方法与热反应、催化氧化相比，电解氧化的反应在低温、低压下进行。具有氧化剂在阳极产生、电力可由可再生能源提供、阴极作为副产品产生氢等特点。
除了产生甲醇外，鉴于低环境负荷的反应条件（75℃·大气压），可以利用可再生能源作为电源，同时还可以产生替代燃料的氢，因此有望在生物质利用过程中为减少CO₂排放量做出重大贡献。
日比野教授表示：“在此次的研究中，我们从木质素中提取了甲醇和氢，但阳极上仍然残留着未处理的芳香化合物。今后，我们希望能控制反应并将这些残渣转化为苯酚等有用的化合物。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：《Applied Catalysis B：Environmental》
论文：Electrochemical extraction of methanol from lignin under mild conditions
DOI：10.1016/j.apcatb.2023.123328
