生物质基乙酰丙酸及乙酰丙酸酯的研究进展

2020-06-10王子华方书起陈俊英

高校化学工程学报 2020年2期

王子华, 常春,2,3, 李攀,2, 白净,2, 方书起,2, 陈俊英,2

(1. 郑州大学化工与能源学院, 河南郑州 450001; 2. 河南省杰出外籍科学家工作室, 河南郑州 450001; 3. 浙江大学生物质化工教育部重点实验室, 浙江杭州 310027)

1 前言

生物质资源是一种可再生资源，可以转化为常规的固液气态燃料和其他化学品。近年来由生物质转化合成新型生物质基平台化合物─乙酰丙酸和乙酰丙酸酯引起了研究者们广泛的关注。乙酰丙酸是一种含羰基、羧基和α-氢的多官能团化合物，是合成各种化工产品的基本原料，在有机合成、农业、轻工业、医药行业等都具有广泛使用价值，而且进一步还可以转化为高辛烷值汽油和化学品的中间产物[1]。乙酰丙酸酯是一类重要的化学中间体和新能源化学品，具有高的反应特性和广泛的工业应用价值。

生物质基乙酰丙酸和乙酰丙酸酯均可从生物质原料出发，经不同的转化工艺路线制备。生物质基乙酰丙酸常采用生物质水解进行制备，而生物质基乙酰丙酸酯合成方法主要有：直接醇解法、经乙酰丙酸酯化、经5-氯甲基糠醛醇解和经糠醇醇解[2]。从原料来源和生产工艺来说，生物质直接醇解法是制备乙酰丙酸酯最绿色高效的工艺路线。据此，本文以生物质基乙酰丙酸和乙酰丙酸酯为目标产物，分别从生物质水解制备乙酰丙酸路径和生物质直接醇解制备乙酰丙酸酯路径入手，分析生物质原料、原料预处理和催化剂等对产物生成的影响，并对其研究现状及进展进行综述。

2 生物质基乙酰丙酸的制备

2.1 生物质生产乙酰丙酸的反应原理

生物质制备乙酰丙酸主要有两种途径：第一种是先降解糖类生物质制备糠醛，得到糠醛后加氢生成糠醇，再经催化剂催化，在酸性条件下水解，然后进行开环和重排反应得到乙酰丙酸[3-5]；第二种是将生物质原料如纤维素利用酸碱预处理的方法水解成单糖，在高温下这些单糖进一步降解成5-羟甲基糠醛和一些中间产物，在酸的条件下，5-羟甲基糠醛进一步降解为乙酰丙酸和甲酸(图1)[6-7]。糠醛加氢成糠醇、再转化为乙酰丙酸的生产途径中，生产步骤多、工艺复杂。由酸直接高温催化生物质水解生成乙酰丙酸，由于方法简单、工艺条件容易控制、原料价格低廉，将成为乙酰丙酸主要的生产方法。

图1 生物质制备乙酰丙酸的两种途径 Fig.1 Two routes for the preparation of levulinic acid from biomass

2.2 原料

木质纤维素生物质由于产量大和低成本特性，被认为是大规模生产乙酰丙酸的原料来源。木质纤维素生物质主要由纤维素，半纤维素，木质素和少量无机盐组成，不同的成分在酸催化水解过程中生成的产物也不同[8]。例如，衍生自纤维素和一小部分半纤维素的己糖可以直接转化为乙酰丙酸，而木质素，无机盐和半纤维素的大部分不能直接促成乙酰丙酸的产生。近年来，随着人们对于乙酰丙酸研究的不断深入，用于转化生成乙酰丙酸的原始生物质材料种类也不断扩大，如表1 所示。

表1 不同生物质原料生产乙酰丙酸的实验数据 Table 1 Experimental data on the production of levulinic acid from different biomass materials

玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆等在乙酰丙酸转化中，显示出良好的应用潜力。花生在我国许多省份都有大面积种植，每年花生产量巨大，花生果实可以被人们当作食物食用，但花生壳大多作为废弃物被处理掉，造成大量生物质资源的流失。花生壳中有近60%的粗纤维，居粗饲料之首，有很高的利用价值。张宁等[9]用花生壳作为原料，离子液体作溶剂协同固体酸催化制备乙酰丙酸，优化工艺条件后得到78.30%的乙酰丙酸产率。甘蔗糖蜜是制糖工业过程中的副产物[13]，产量大且来源充足，组分含有的蔗糖、葡萄糖、果糖等还原糖较多，但考虑到工业技术和经济评估等问题，这些糖分目前已不适宜再用结晶的方式回收。宋道君等[13]以甘蔗糖蜜为原料，硫酸为催化剂水解制备乙酰丙酸，考察了不同甘蔗糖蜜的质量分数对于实验的影响，并最终得到了30.11%的平均产率。核桃在我国产量巨大，作为一种被人们广泛食用的坚果，果肉被加工成各种食品，但核桃壳大多被焚烧，不仅造成生物质资源浪费，更污染了环境。李亚萍[15]用核桃壳为原料，利用机械预处理的方法得到固态粉末，在固体酸的催化下制备乙酰丙酸，但核桃壳中纤维素含量不高造成了乙酰丙酸产率相对较低。浮萍是一种常见的水生植物[16]，在丰富的营养条件下易于繁殖。浮萍的过度繁殖通常会导致水体中氧含量偏低，严重威胁其他水生植物的生长和水生动物的生存，从而造成严重的环境和生态问题。LIU 等[16]以浮萍为原料，催化生产高附加值化学品乙酰丙酸。培养的浮萍在水溶液和乙醇中分别获得了52.00%的乙酰丙酸产量。这项工作为浮游植物转化为增值化学品和燃料提供了一个新的路线。

2.3 预处理的影响

对于由木质纤维素材料生产乙酰丙酸，有效的预处理方法必须满足以下要求：(i)除去可溶性无机盐，木聚糖和/或木质素，并回收衍生自木聚糖或木质素的产物；(ii)改善纤维素的表面活性以及避免己糖的降解或损失；(iii)直接利用预处理的固体用于随后的酸水解过程；(iv)最小化预处理和随后的中和过程中使用的试剂的量以降低总生产成本。提高乙酰丙酸产率的方法之一就是通过预处理在水解之前从生物质中分离纤维素。已经开发了各种预处理方法，包括机械处理，酸处理，碱处理，热处理，微波处理等[17-18]。

机械处理是指对原料进行磨粉处理，目的是通过增大原料表面积进而增大反应的接触面积，便于反应的进行。CHIN 等[18]采用球磨机对油棕果果穗纤维进行了不同时间的预处理。结果表明，12 h 球磨预处理后的纤维可获得最高的乙酰丙酸产率，产率为52.08%。进一步的球磨预处理超过12 h 对乙酰丙酸收率无显著影响。CHEN 等[19]研究发现蒸汽爆破联合超微粉碎稻秆可以降低稻秆粒径，有效暴露出纤维素，提高原料接触面积，从而提高了乙酰丙酸的产率。

热处理方法是在高压热水的条件下，移除原料中的半纤维素，改变原料中的化学组分从而提高了纤维素的组分含量。KANG 等[20]利用空气循环烤箱热处理桉树木材，在一定浓度的H2SO4溶液中反应，反应温度设置在150～170 ℃，反应时间根据反应温度的不同有所变化，处理后的木材中纤维素含量提高，最终乙酰丙酸的产率达到了72%。

酸碱处理是生物质预处理中应用最广泛的方法之一。处理方法是室温下在原料中加入稀酸或碱溶液，使原料中的半纤维素发生分解和溶出，从而分离出纤维素，进而提高后续反应的产物产率。徐超等[21]用碱液处理的方法从蔗渣中分离纤维素，考察了预处理对于乙酰丙酸产率的影响，然后与未进行预处理的结果进行对比。结果表明预处理后的原料中纤维素含量明显提高，进而增加了乙酰丙酸的产率。

微生物预处理是一种高效的预处理方式，主要分为两种形式，一种是用酶的催化活性来催化反应，另一种是加入某些菌进行发酵培养来催化反应。李湘苏[12]以小麦秸秆为原料，采用纤维素酶进行预处理，结果发现处理后得到的乙酰丙酸的产率相较于原来的产率提高了5.83%。

微波处理具有高效、无污染等优点，可以使纤维素水解的更加彻底，乙酰丙酸产率更高。张宁[22]采用微波预处理，以花生壳作为原料制备乙酰丙酸，结果与未采取微波预处理相比产率提高了11.57%。

2.4 催化剂

催化生物质原料制备乙酰丙酸酯的反应是一个典型的酸催化反应，目前研究中使用的催化剂大多为固体酸，杂多酸，离子液体等，可以把催化剂的种类归为均相酸和非均相酸两大类，不同种类的催化剂体系催化效果不同，寻找高效实用的催化体系是制备乙酰丙酸酯的关键所在。

2.4.1 均相催化剂

均相酸催化剂通常用于生物质水解以生产乙酰丙酸，常用的Brønsted 酸H2SO4和HCl 是两种最广泛使用和最有效的催化剂。它们的效率取决于反应条件和生物质类型[23]。据报道，葡萄糖在CrCl3和HCl催化的反应中获得了高产率的乙酰丙酸，能达到46%，并确定了两种催化剂之间的复杂相互作用[24]。YANG 等[25]开发了一种混合酸体系，用Lewis 酸和Brønsted 酸催化葡萄糖生产乙酰丙酸，并且开发的CrCl3-H3PO4体系被证明具有很强的协同催化活性，可高效地将葡萄糖转化为乙酰丙酸。当CrCl3-H3PO4体系中CrCl3摩尔浓度比例为0.4～0.5 时，混合酸体系表现出最高的协同催化活性[25]。但考虑到其毒性和成本，铬盐并不是理想的催化剂，所以要开发新型的金属盐作为催化剂。除Brønsted 酸和Lewis 酸外，还使用均相过渡金属盐。Cu2+和Fe3+可以加速纤维素在200 ℃时对葡萄糖的水解反应，可以高效的将纤维素转化为乙酰丙酸[25]。

2.4.2 非均相催化剂

考虑到循环利用的因素，用于乙酰丙酸生产的环境友好型多相酸催化剂的开发引起了很多关注。现在已经开发了许多类型的非均相催化剂，包括由Brønsted 酸和Lewis 酸位点组成的固体催化剂。例如，Fe / HY 沸石和FeNbP (Fe 掺杂的硝基磷酸酯) 用作将葡萄糖转化为乙酰丙酸的催化剂[26]。值得注意的是，具有过量Lewis 酸性的催化剂也可以将葡萄糖转化为腐殖质，从而降低乙酰丙酸产率[27]。近几年针对催化剂因素合成乙酰丙酸的研究如表2 所示。

表2 合成乙酰丙酸的不同种类催化剂 Table 2 Catalysts for the synthesis of levulinic acid

分子筛具有均匀的微孔结构，它的孔穴直径大小均匀，作为催化剂催化该反应温度一般在180 ℃。RAMLI 等[26]采用 Fe /HY 沸石作为催化剂，并且考虑了酸的量对于乙酰丙酸产率的影响，实验结果证实酸过量时会使葡萄糖向腐殖质转化，降低了乙酰丙酸的产率，优化条件后最终得到了66.00% 的乙酰丙酸产率。

杂多酸易溶于水和有机溶剂，具有很高的催化活性，且同时具有酸性和氧化还原性，是一种多功能催化剂，杂多酸稳定性好，可作均相及非均相反应对环境无污染，是一类绿色催化剂。曾珊珊等[30]人用Ag3PW12O40催化葡萄糖制备乙酰丙酸，结果表明该催化剂在多次使用后Keggin 结构没有被破坏，仍然具有较高的催化活性，优化条件后最高的乙酰丙酸产率达到了81.61 %。

离子液体具有溶解性好，酸度可控，性质稳定等优点，因此将其作为催化剂展开研究。KHAN 等[39]采用离子液体[C4(Mim)2][(2HSO4)(H2SO4)2]作为催化剂，在100 ℃下不使用任何额外催化剂或溶剂作为辅助，乙酰丙酸的产率达到了55%，而且离子液体很容易回收，因为没有任何结构变化或杂质。

树脂催化制备合成乙酰丙酸的温度范围一般在140～200 ℃，反应时间相较于其他催化剂长一些。YANG 等[43]合成树脂Fe-resin 作为催化剂，纤维素作为原料，在NaCl 溶剂介质中反应5 h，得到乙酰丙酸产率为33.30%。

固体超强酸作催化剂时反应温度一般在200 ℃左右，产率根据原料和催化剂的不同差异较大。UPARE等[35]制备了磺酸氧化石墨烯(GO-SO3H)作为催化剂，该催化剂较为稳定，重复使用时活性没有明显降低，并且乙酰丙酸的产率达到了78.00 %。王义刚等[33]引入磁性基体制备了磁性固体酸S2O2-8/ZrO2-TiO2-Fe3O4作为催化剂，该催化剂具有较高的磁强度，重复使用5 次催化活性依然很高，而且该催化剂回收方便，多次使用后回收率仍然可以达到90%以上。

3 生物质基乙酰丙酸酯的制备

3.1 生物质生产乙酰丙酸酯

生物质生产乙酰丙酸酯有着资源丰富，生产成本低，可持续利用等优点，相比较于化工原料合成的方法更具备工业生产的前景。目前，生物质转化为乙酰丙酸酯类的方法主要有4 种：乙酰丙酸酯化合成法、生物质直接醇解合成乙酰丙酸酯、生物质经糠醇醇解法和5-氯甲基糠醛醇解法。糠醇醇解法是以糠醇作为原料，在酸性催化剂的作用下醇解制备乙酰丙酸酯。5-氯甲基糠醛醇解法是以生物质为原料，在盐酸溶液中生成5-氯甲基糠醛，然后以醇溶液作为介质醇解得到乙酰丙酸酯。这两种制备方法都存在副产物多，操作成本较高等问题，因此目前不是生产乙酰丙酸酯合适的方法。乙酰丙酸酯化法以乙酰丙酸为原料直接合成，具有操作步骤简单，副产物少，产率高等优点，是目前工业生产使用最常用的方法。但考虑到成本因素，乙酰丙酸较高的价格限制了该方法在工业生产中的大规模应用。此外，由前文可知，利用生物质水解可以直接生成乙酰丙酸。因此从生物质原料出发，首先经过水解，然后进一步酯化制备乙酰丙酸酯，也是生物质生产乙酰丙酸酯的重要工艺之一。然而，该工艺路径需要经历两步反应过程，且乙酰丙酸需要精制后才能使用，因此该工艺路线存在反应历程长、生产成本高、过程会产生大量废水等不足，从而限制了该工艺过程的经济性。相比而言，生物质直接醇解法是将生物质原料、催化剂和溶剂等一次性加入反应器，在优化条件下生产乙酰丙酸酯的方法，也称为“一锅法”。与乙酰丙酸酯化合成法相比，该方法具有工艺简单、反应效率高、环境污染小等优点，是一种绿色环保的生产方式。因此，本文重点对生物质直接醇解合成乙酰丙酸酯进行综述。生物质直接醇解法的反应机理如图2 所示，纤维素首先醇解生产烷基葡萄糖苷，然后加热脱水生成烷氧基甲基糠醛，然后再进一步分解生成乙酰丙酸酯。

图2 生物质一锅法制备乙酰丙酸酯的反应过程 Fig.2 One-pot synthesis of levulinate from biomass

3.2 原料

与生产乙酰丙酸一样，木质纤维素类生物质也是生产乙酰丙酸酯的最有潜力的原料，木质纤维素类生物质具有复杂的纤维素-半纤维素-木质素结构，乙酰丙酸酯类化合物的产率取决于生物质中纤维素的含量和纤维素的转化率。近年来利用生物质作原料生产乙酰丙酸酯的一些实验如表3 所示。

表3 不同生物质原料生产乙酰丙酸酯的实验数据 Table 3 Experimental data on the production of levulinate from different biomass materials

传统的生物质原料大部分都是秸秆类植物，随着实验研究的深入，很多其他种类的生物质也被开发出来。松木屑作为森林资源的一部分，在林业加工厂的残留量很大，并且没有得到合理的利用，不仅影响生态环境，而且浪费了大量林业资源。松木屑中纤维素含量很高，一般在40%左右，是优质的生物质资源。贺小亮[46]采用松木屑作为原料制备乙酰丙酸甲酯，得到的乙酰丙酸甲酯的产率为17.19%。但松木屑作为原料的反应由于内部纤维素、半纤维素和木质素3 大组分的相互反应使产物较为复杂，使得产物的分离比较麻烦，所以得到的乙酰丙酸甲酯产率较低。沙柳是内蒙古西部沙漠地区的一种灌木植物，不仅年产量大，而且主要的化学成分就是纤维素，约占53%，是一类优质的生物质资源。然而目前沙柳的用途比较单一，主要被用作刨花板、中密度板的原材料，现将沙柳用作生产化工产品乙酰丙酸酯的原料，开发了沙柳新的用途。张秀芳等[47]采用沙柳作为原料，对沙柳进行醇解反应制备乙酰丙酸乙酯，产率达到了31.83%。相较于秸秆类生物质，沙柳作为原料制备乙酰丙酸酯的产率提高了很多，为生产乙酰丙酸酯提供了一条新的途径。刘玉玲等[48]同样采用沙柳作为原料，在磷钨酸的催化条件下制备乙酰丙酸乙酯，优化工艺条件后最终得到乙酰丙酸乙酯的产率为36.21%。木薯是一类含富含淀粉类的碳水化合物，在我国许多省份都有栽培，每年产量巨大。谈金[49]采用木薯作为原料，在醇-水的体系中采用“一步法”制备乙酰丙酸乙酯，得到了39.27%的最高产率。

3.3 原料预处理

与生产乙酰丙酸一样，提高纤维素含量是生物质预处理的核心，可以有效提高乙酰丙酸酯的产率。纤维素含有结晶区和非结晶区，结晶区分子排列整齐而非结晶区则较为松弛，预处理的最终目的都是要破环生物质中无定形的部分而使纤维素暴露出来[50]。制备乙酰丙酸酯的预处理方法和乙酰丙酸相同，包括机械处理，酸处理，碱处理，热处理，微波处理等。

机械处理是应用最为广泛的一种预处理方法，指对生物质进行磨粉处理，增大原料反应时的接触面积，加速反应。贺小亮和谈金等[46,49]采用机械研磨松木屑和木薯然后通过筛网使其孔径在一定范围内，在醇作为溶剂的条件下醇解制备乙酰丙酸酯，增大了原料的表面积，提高了乙酰丙酸酯的产率，最终得到了17.19%的乙酰丙酸甲酯和39.27%的乙酰丙酸乙酯。肖卫华等[51]以玉米秸秆作为原料，对球磨时间、球磨介质填充率和球料体积比等因素展开了研究，结果证实了球磨时间对乙酰丙酸乙酯产率的影响最大，介质填充率和球料体积比对乙酰丙酸乙酯产率的影响不显著，最终得到乙酰丙酸乙酯的产率为33.34%，比相同工艺条件下不用球磨处理的产率高出了13.26%。关倩等[52]研究原料粒径及研磨预处理对乙酰丙酸乙酯产率的影响，结果表明不同粒径大小下，乙酰丙酸乙酯产率的变化趋势为先增加后减小，在40～60目时的产率最高，可达20.53%，但乙酰丙酸乙酯的产率随研磨时间的增加并不明显，只是略有提高。

酸碱处理的实验条件温和，在室温下就可以进行操作，目的是去除原料中的木质素等杂质，提高组分中纤维素的含量。赵世强[53]以废报纸为原料，用0.25% 的H3PO4溶液对废报纸进行预处理，优化条件后乙酰丙酸乙酯的产率达到了28.21%。邓琳[54]采用碱处理的方法，在NaOH 溶液中对小麦秸秆进行预处理，并且做了对比实验，发现在碱液中预处理后乙酰丙酸甲酯产率比未经任何处理的产率高出了6.90%，达到了22.90%。

3.4 催化剂

酯化过程可以通过均相或非均相催化剂来加速[55]。均相催化剂在过去很容易用于酯化反应，最常见的均相催化剂是HCl 和H2SO4，使用它们可以在短的反应时间内获得高产量的乙酰丙酸酯。但均相催化剂存在不能循环且容易腐蚀设备等问题，这些方面导致了均相催化剂的应用受到限制。

为了使乙酰丙酸酯的生产具有商业可行性，必须找到一种成本低，环保且有效的催化剂。常用的酯化催化剂是沸石和杂多酸，与其他催化剂相比，沸石是具有大表面积和强酸性位点的固体结晶微孔材料[53]，杂多酸以各种结构存在并且因其Brønsted 酸性而被人们所熟知。这两种催化剂都具有几种吸引人的特性，例如易于调节的酸度，简单的回收过程，经济潜力和环境友好性。然而，沸石对于大分子来说不是非常有效的催化剂，因为它们的孔径小[56]。将近年来国内外对于合成乙酰丙酸酯的催化剂汇总如表4所示。

表4 合成乙酰丙酸酯的各类催化剂 Table 4 Catalysts for the synthesis of levulinate

超强酸作催化剂反应温度在200 ℃左右，RAMLI 等[57]采用H2SO4改性SiO2，在不同浓度下制备了一系列硫酸硅胶催化剂，对催化剂进行了表征，并对其进行了酯化反应试验。考察了反应时间、催化剂用量、等各种反应参数对酯化反应的影响，证实了硫酸型SiO2催化剂在温和工艺条件下对乙酰丙酸酯的合成具有潜在的应用价值。

分子筛作催化剂反应温度为110～220 ℃，反应时间根据催化剂不同差异较大，孔鹏飞[60]以改性USY分子筛为催化剂对纤维素醇解转化生成乙酰丙酸乙酯进行了研究。其中以5% Cu-DUSY 的催化活性较好，在反应温度为200 ℃、反应时间为3 h 的条件下，催化纤维素转化生成EL 的摩尔产率为48.2%。结果表明经过改性之后的催化剂热稳定性较好，且能够保持原来的晶体结构，虽然催化剂表面积有所下降，但是总酸量有所增加，产生了新的Lewis 酸位，使改性分子筛表现出较好的催化活性。LU 等[63]制备了一系列空心纳米球催化糠醛生成乙酰丙酸乙酯，对Pr/ArSO3H-Et/Ph-HNS 作为新型分子筛催化剂进行了研究，结果得到84.90%的高产率，比大部分分子筛的催化效果都要好，并且通过4 次连续催化实验研究了催化剂的可回收性。

金属盐作催化剂反应温度在180 ℃左右，邓琳[54]用金属盐作为催化剂进行研究，以小麦秸秆作为原料，得到乙酰丙酸甲酯的产率为53.40%，催化剂重复利用5 次依然保持较高的活性，证实Al2(SO4)3是一种高效、可回收的绿色的固体酸催化剂，可以有效催化小麦秸秆醇解制备乙酰丙酸甲酯。黄耀兵等[69]在微波辅助的条件下，采用金属盐-酸混合二元体系催化纤维素醇解制备乙酰丙酸甲酯，得到了61.50%的高产率，同样经过5 次的连续回收和使用，催化剂仍然保持了较高的催化活性。

离子液体作催化剂反应温度为120～180 ℃，反应时间一般较长，HAO 等[73]研究了在酸性SO3H 功能化离子液体催化剂的作用下，纤维素在生物丁醇介质中高效合成乙酰丙酸丁酯。结果表明，离子液体的酸强度、催化剂用量和溶剂等因素对纤维素的转化率和目标产物收率均有显著影响。在优化条件下，纤维素作为原料，酸性最强的1-(4-磺基丁基)-3-甲基咪唑硫酸氢盐[C4H8SO3Hmim]HSO4做催化剂得到了31.10%产率的乙酰丙酸丁酯，此外，这种酸性离子液体催化剂可以连续回收6 次，而且可以保持较高的催化活性。

TOMINAGA 等[74]开发了一个实用的混合酸催化剂系统，利用铝化合物和对甲基苯磺酸从木材生物质中合成乙酰丙酸酯，不但价格便宜，而且它提供了高产量的乙酰丙酸酯，并且是可回收的。另外还验证了甲醇是纤维素和纤维素生物质合成乙酰丙酸酯的有效溶剂。这是因为它对纤维素的亲和力较低，并且具有保护高反应性的糖醛基团和5-甲氧基甲基糠醛的功能，以防止不良的腐殖质形成。

最近的研究中发现在超低酸中(其中酸浓度低于0.01 mol⋅L-1)利用金属盐作催化剂制备乙酰丙酸酯取得了很好的产率。DAI 等[67]发现在超低酸中利用金属盐作催化剂制备乙酰丙酸酯取得了很好的产率，并且基于各种碳水化合物的反应性，提出了可能的协同催化机理，开发的混合酸催化剂体系进一步扩展到纤维素生物质的直接转化。

HUANG 等[68]研究发现在甲醇中加入一定量的水的混合催化剂有利于活性催化位点的形成，从而促进纤维素转化，除此之外，加入水可显著抑制醚化反应，减少副产物甲醚的生产；证实了加入水可以减少腐殖质的产生并且降低了溶剂的消耗。