4) 生物质分离低分子片段绿色单体化与转化
探讨生物质组分分离过程中产生的低分子片段，如低分子量半纤维素、纤维素低聚糖及木质素二聚体等，它们不适合作为材料合成单元，但可经绿色单体化后转化成工业平台化合物，这是生物质全组分利用过程的重要一环。
研究低分子量半纤维素与纤维素高效清洁温和分离产生可发酵单糖；可发酵单糖高浓度发酵生产乳酸转化合成聚乳酸材料；此外，还研究低分子木聚糖水解产生木糖、阿拉伯糖、甘露糖的机制；研究阿拉伯糖、甘露糖等高值化转化功能药物的路线；研究木糖转化产生醇、醛工业平台化合物的途径；研究低分子木质素分子结合键在不同介质中的降解过程与产物稳定机理；反应体系中酚类化合物分解过程和中间产物的相互作用及其抑制机理；目标产物的定向调控机制与表征。
5) 生物质高值化利用过程节能与CO2利用和减排
生物质分离、水解、自组装和表面改性过程中会有伴生产物产生，如果不加以利用，不仅浪费资源，而且伴生产物自然分解会产生CO2排放；因此，将伴生产物进行热化学转化，可实现生物质高值化过程中的节能；同时，对热化学过程产生的CO2高效捕获会减少CO2的排放。
研究生物质的低温热解气化和亚临界水水解；生物质伴生产物产能过程的CO2高效吸附机制；研究生物质利用过程中的生命周期评价理论，探讨生物质转化过程的CO2及其它污染物的排放清单；研究生物质利用过程中产生CO2吸附技术与合成碳酸酯材料途径；研究全球碳循环背景下生物质利用CO2利用和减排贡献机制与调控。
二、预期目标
1. 总体目标
通过本项目的研究，提出组分分子结构与功能关系的新理论，揭示生物质组分的清洁温和分离途径，构建纤维素的新溶解体系、生物质功能化材料合成共性平台和生物质高值化过程节能与CO2利用和减排系统集成理论，使我国生物质资源利用和转化为高值化材料的方法与技术体系上一个新台阶，进而推动我国现有生物质材料工业的跨越式发展，逐步替代化石基合成材料，为建立大规模现代化生物质材料工业体系提供科学依据和技术支撑，使我国进入并引领生物质材料领域的国际科技前沿，保证国民经济持续稳定健康发展。
2. 五年预期目标
1）取得的有重要科学价值的理论进展与突破
解译生物质超微化学结构和空间结构，提出组分分子结构与功能关系的新理论。
揭示生物质组分分子间结合键在不同微差异介质环境下的应答机制与规律，提出生物质组分的清洁温和分离途径，揭示分离机制，建立生物质组分构效关系新理论。
建立纤维素的高效新溶解体系，阐明水体系均相合成纤维素衍生物的过程控制及反应动力学；清洁高效分离与纯化半纤维素，揭示半纤维素均相改性机制；阐明木质素分子的活化途径，构建生物质功能化材料反应平台。
揭示生物质转化伴生产物(废液)热化学转化系统中多相流体动力学、多相传热传质规律与机理和反应动力学及机理，建立伴生产物热化学高效转化系统集成理论；揭示高效低成本CO2吸附机理，实现生物质高值化过程中的节能与CO2利用和减排。
2）预期取得的有重要科学价值的新方法与关键技术
建立生物质组分纤维素、半纤维素和木质素的清洁高效制浆分离方法与技术，将制浆分离纤维组分通过湿部化学途径合成高质量纸张和特种纸材料(主要
针对高质量浆纸和特种纸等，国内年总需求量超过8000万吨)。提出生物质氧基化学制浆新方法，建立非木材纤维5000吨/年以上的新型清洁制浆/漂白中试生产线及500吨/年以上的特种纸中试生产线。
主要针对新型粘胶纤维、醋酸纤维和铜氨纤维 (国内年总需求量超过300万吨)，以及纤维素光电磁材料、气凝胶、生物医用纤维素复合物等，建立低温溶解纤维素的绿色新方法和新技术体系，建成1000吨/年新型纤维素丝与膜材料中试生产线；同时研制出2-3种具有实用价值的典型纤维素纳米复合材料、光电材料或生物医用材料；建立可阐明纤维素微观结构与本征性能的表征方法；创建纤维素再生成形、拉伸取向、结晶的成套新技术，实现新溶剂体系中纤维素纤维的清洁再生及均相反应。
主要针对季胺化半纤维素材料等(国内年总需求量超过400万吨)，提出H2O2/OH-、有机溶剂和离子液体全溶体系分离与纯化半纤维素的关键技术原理。建立分级分离和纯化半纤维素的新方法，并合成3-5种典型的半纤维素酯化/醚化高值化材料；提出低分子半纤维素水解制备木糖的清洁技术，木糖得率不低于理论产率的80%。提出低分子量半纤维素绿色单体化的技术路线，获得具有高生物活性的甘露糖、半乳糖，纯度不低于98%，具有工业化应用前景。
提出木质素分子活化和功能化技术路线。合成2-3种典型木质素高值化材料，实现2-3种有工业化前景的木质素基功能高分子精细化学品的合成，木质素的分子转化率不低于90%；建成木质素材料与高分子精细化学品中试生产线。
建立生物质高值化伴生产物低温热解气化和亚临界水水解的方法体系；建立生物质CO2合成碳酸酯材料途径。建立伴生产物的高值化利用示范系统，伴生产物气化能量转化效率在95%以上，CO2捕获效率在90%以上；研制出新型高效、低成本、长寿命CO2吸附剂。
3) 优秀人才培养和基地建设
形成一支本领域具有国际前沿水平的研究队伍，力争进入基金委创新群体。加强国际交流，进一步提高国际影响。在研究期间有2-3名杰出的学者能当选国际性学术组织或委员会成员，5-7名杰出的学者能担任国际性会议特邀报告人、
组委会成员或国际性刊物编委，2-3名年轻学者能获得国家杰出青年科学基金资助或成为“长江学者奖励计划”特聘教授。每年培养约40名左右高水平的博士研究生，力争有2-3名优秀博士获全国优秀百篇博士论文奖。
通过研究团队的创新性研究，使团队成员所在的相关国家重点实验室与省部级研究基地学术水平有大幅度的提升，力争达到该领域的国际领先地位。
4) 考核指标
提出生物质组分高效清洁分离及生物质高值化材料合成新理论和工艺机理，形成有自主知识产权的集成技术体系。发表SCI源期刊文章200篇以上，其中进入IF 2.0以上的论文不少于80篇；出版专著5部以上。申请或获授权发明专利40-50项；申请或获授权国外发明专利1-2项。获得国家级科技奖励1-2项。
三、研究方案
1. 项目总体思路与技术路线及可行性
1) 总体思路：本项目从建立生物质高值化材料合成理论体系出发，围绕生物质超微结构的分子解译、生物质清洁温和分离机制、生物质组分构效关系与高值化材料构建等三个关键科学问题，根椐研究内容，设臵以下6个研究课题：1) 生物质细胞壁组分结构解译与组分键合机制；2) 生物质分离与低分子片段绿色单体化及转化；3) 绿色新溶剂与纤维素高值化材料构建；4) 半纤维素分子纯化均化与高值化材料合成；5) 木质素分子活化与功能芳基材料合成；6) 生物质高值化利用过程的节能与CO2利用和减排。项目的总体学术思路如图3。 提出科学问题 科学 问题 一 生物 质超 微 结构 的分 子 解译 设置研究课题 突破点 研究目标 科学问题二生物质清洁温和分离机制 科学问题三生物质组分构效关系与高值化材料构建 课题1生物质细胞壁组分结构解译与组分键合机制课题2生物质分离与低分子片段绿色单体化及转化 （针对高质量浆纸、 聚乳酸等） 课题3绿色新溶剂与纤维素高值化材料构建 （针对再生纤维素材料等） 课题4半纤维素分子纯化均化与高值化材料合成 （针对聚乳酸及季胺化 半纤维素材料等） 课题5木质素分子活化与功能芳基材料合成 （针对木质素树脂等） 课题6生物质高值化利用过程的节能与CO2利用和减排 形成生物质高值化材料转化理论体系 构建生物质高值化材料平台 和 低碳经 济 新 模 式 图3. 本项目的总体学术思路