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1、第五章第五章 绿色化学开展趋势绿色化学开展趋势 第一节：第一节： 不对称催化合成不对称催化合成 第二节：第二节： 酶催化和生物降解酶催化和生物降解 第三节：第三节： 分子氧的活化和高选择性氧化反响分子氧的活化和高选择性氧化反响 第四节：第四节： 清洁的能源清洁的能源 第五节：第五节： 可再生资源的利用可再生资源的利用 第一节：不对称催化合成第一节：不对称催化合成 制造光学纯化合物的方法有 ：化学合成-拆分法，不对称化学合成法，不对称催化合成法和发酵法。 化学合成所得到的是外消旋化合物，两种对映体各占一半，因此必需经拆分才干得到单一的对映体。这意味着有一半产物是无用的。 不对称化学合成较之普通化
2、学合成法前进了一大步，它采用化学计量的手性试剂选择性合成手性化合物，但由于手性试剂昂贵，限制了它在工业上的推行运用。 不不对称称催催化化具具有有独独特特优势，主主要要是是由由于于它它有有“手手性性增增殖殖或或“手手性性放放大大作作用用，即即经过运运用用催催化化量量的的手手性性催催化化剂可可以以立立体体选择性地生成大量手性化合物。性地生成大量手性化合物。 它它和和发酵酵不不同同，不不对称称催催化化工工艺不不局局限限于于“生生物物类型型的的底底物物，并并且且R-异异构构体体和和S-异异构构体体同同样容容易易生生成成，只只需需采采用用不不同同构构型型的的手手性性催催化化剂就就可可实现。不不对称称催催
3、化化也也防防止止了了发酵酵过程程中中产生生的的大大量量失失效效营养养媒媒介介物物的的处置置问题，而而且且根根据据如如今今运运用用于于工工业上上的的不不对称称催催化化过程程的的消消费效率看，它效率看，它远高于高于发酵法。酵法。 单一对映体的手性化合物的重要性不仅限于医药，在农药和光电新资料开展中，曾经证明单一对映体的手性化合物具有更高效率和更优良性能，因此越来越遭到注重。 第二节：第二节： 酶催化和生物降解酶催化和生物降解 分子生物技术还能用来加强工业过程催化剂运用的酶的性能，这同传统催化技术是非常类似的。 酶和其他生物系统在温暖的温度、压力和pH值条件下，在稀水溶液中能很好地任务。 这些系统催
4、化的反响是典型对环境友好的，由于生成的副产物或废物很少。 通常，这些酶催化剂和由它们合成的资料是生物可以降解的，因此不会长久存在在环境中。 这些反响是典型选择性的并有特别高的收率，而且酶可以催化单一反响器中的整个系列的反响，导致总收率的很大改良和高的位置特效性，以及大多数情况下100%的手性合成。 整个细胞催化的酶催化技术的改良运用，用单种酶或复合酶催化的反响和化学合成对于新的催化技术的开展都是很重要的。 第三节：第三节： 分子氧的活化和高选择性氧化反响分子氧的活化和高选择性氧化反响 全世界消费的主要化学品中50%以上是和选择氧化过程有关的。 包括：碳氢化合物氧化成含氧化合物和含氧化合物的氧化
5、转化。 如今有机化学品的制造大多是以石油为原料，而石油烃分子又都是处于复原形状，因此经过氧化将它们转化为带有不同含氧基团的有机化合物在有机化学中占有重要的位置。 氧化反响是有机反响中最难控制反响方向的，它们往往在生成主产物的同时，生成许多副产物，这使得氧化反响的选择性较低。 至今不少氧化反响依然采用的是化学计量的氧化剂，特别是含重金属的无机氧化物，反响完成后还有大量的残留物需求处置，它们对环境会呵斥严重污染。 因此开展新的高选择性氧化非常重要2。 绿色氧化过程应是采用无毒无害的催化剂，它应具有很高的氧化选择性，不产生或很少产生副反响产物，到达尽能够高的原子经济性。 对氧化剂的要求是，它们参与反
6、响后不应有氧化剂分解的残留有害物。 因此，最好的氧化剂是氧，其次是H2O2。 纯氧作氧化剂是重要开展方向，它大量减少了尾气排放量，从而减少了随尾气带入大气的挥发性有机物呵斥的污染。 因此新开展的氧化催化剂应是在缓和条件下能活化分子氧，经过这种活泼的催化氧化物种，使反响物分子高选择性转化为产物。模拟酶氧化的金属络合物和分子筛将成为氧化催化剂的主要研讨对象，它们将在开辟清洁的氧化工艺中发扬重要作用。第四节：第四节： 清洁的能源清洁的能源世界人口的继续增长，能源和食品问题将成为下世纪主要难题 传统燃料熄灭方式放出的化学能受热力学第二定律的限制，只需一部分低于40%被转化为有用能，其他的能量那么以种种
7、不可防止的方式损耗了，如活动部件之间的摩擦耗费，作为废热从烟囱和冷却塔排放出等等。 开展燃料电池是一条重要出路 燃料电池直接将化学能转化为电能没有任何机械和热的中间媒介。燃料电池取决于不同用途，其效率可高达90%。 靠这种高效率，以燃料电池技术为根底的发电厂，比起普通发电厂将耗费更少的燃料，同时相应地减少了污染物的排放。 燃料电池高转化效率的关键在于用催化剂来控制燃料与氧的反响，而此反响温度高达1000oC左右。 要在如此高的温度下维持长期运转，还需求处理一些技术妨碍，包括： 在高温下催化剂不被破坏的方法， 防止陶瓷构造的破裂和走漏 设计在足够小的体积内能传导充 足的氧离子的陶瓷资料等。 氢
8、气 燃 料 氢气由于燃料热效高，而且产物为水，因此被以为是未来最理想的高效清洁能源。 氢气燃料电池早已研讨胜利，而且用它驱动的汽车已问世。 但由于氢气本钱较高，无论烃类制氢或电解制氢作为燃料运用，都缺乏竞争力。 廉价获取氢的方法研讨 生物制氢技术： 以制糖废液，纤维素废液和污泥废液为原料，采用微生物培育法制取氢是很有希望的途径，其关键是坚持氢化酶的稳定性，以便能采用通常发酵法延续消费制氢的技术。国外的研讨： 主要集中于固定化微生物制氢技术，如今已发现以聚丙烯酰胺将氢产生菌丁酸梭菌包埋固定化，可用于由葡萄糖发酵消费氢。 最近又发现用琼脂固定化，消费氢的速度是聚丙烯酰胺固定化菌种的三倍。 利用这种
9、固定化氢产生菌，可以用工业废水中的有机物有效地消费氢。国内： 以厌氧活性污泥为原料的有机废水发酵法制氢技术研讨获得了重要突破，已实现中试规模延续非固定菌生物制氢，消费本钱据称已低于电解法制氢。贮氢资料的研讨贮氢资料的研讨：贮氢资料的研讨： 由于氢气单位体积的能量密度由于氢气单位体积的能量密度低，要靠高压紧缩储存，能耗很高，低，要靠高压紧缩储存，能耗很高，而且存在平安隐患。而且存在平安隐患。 目前稀土合金贮氢资料的研讨目前稀土合金贮氢资料的研讨获得了良好的进展，可以预料不久获得了良好的进展，可以预料不久的未来廉价制氢和贮氢资料技术将的未来廉价制氢和贮氢资料技术将获得突破并适用化。获得突破并适用化
10、。 第五节：第五节： 可再生资源的利用可再生资源的利用 目前可再生生物资源主要利用的是谷物淀粉类，而作为植物重要组成部分的木质素利用不多，由于木质素极其稳定，降解非常困难。 如今已发现一些细菌和真菌含有可使木质素降解的木质素过氧化酶、锰过氧化酶、漆酶等，但其降解效率较低，因此纤维素特别是木质素的酶解，将是今后研讨开发的热点。 第五节：第五节： 可再生资源的利用可再生资源的利用生物质的生物降解和转化生物质的化学转化生物质的生物降解和转化 目前妨碍可再生生物资源利用的重要要素是酶催化剂稳定性较差，对反响条件，例如温度、培育液浓度和pH值等要求苛刻，且价钱昂贵。 采用基因工程、细胞工程、酶工程技术的
11、最新成果例如克隆技术，按照需求制造高稳定性和容忍性好的微生物，从中提取出较廉价的酶是能够的 。生物质的生物降解和转化 可再生生物资源利用存在的另一个问题是酶和产物从反响液中分别出来困难。 酶和微生物的固载化，高效生物反响器和分别技术的开发，将成为生物化学工程的研讨重点。 生物质的化学转化生物质的直接液化 已有相关研讨，需求提高档次和选择性生物质的间接液化 先转化为合成气，由合成气转化为液体产品，需求提高合成气中氢的比例。构造键能 定向气化 生物制氢气化机理 催化重整 绿色合成生物质气化炉固定床gasifierpurificationfangas tank生物质气体组成生物质 气体组成 (%)C
12、OH2CH4CO2N2锯末18-2112-172.5-3.58-1250-55秸秆14-1614-163-413-1553-54biomasstankgasifierCO+2H2=CH3OH生物质气化炉流化床产气量：产气量：150M3/h任务压力：任务压力：1MPa热值：热值：7MJ/M3能量转化能量转化效率：效率：80%生物质气体重整实验流程图1. Bio-gas 2. Filter 3. Reforming Reaction Bed 4. Shift Reaction Bed 5.Tar 6. Water 7. GC15 6 4 7 23可再生资源可再生资源木质纤维素木质纤维素 清洁加工工艺清洁加工工艺酶法和热化学转化酶法和热化学转化绿色产品绿色产品燃料乙醇甲醇燃料乙醇甲醇
