第七章綠色化學(xué)發(fā)展趨勢(shì)ppt課件

1、第七章 綠色化學(xué)開展趨勢(shì) 第一節(jié)： 不對(duì)稱催化合成 第二節(jié)： 酶催化和生物降解 第三節(jié)： 分子氧的活化和高選擇性氧化反響 第四節(jié)： 清潔的能源 第五節(jié)： 可再生資源的利用 . 第一節(jié)：不對(duì)稱催化合成 制造光學(xué)純化合物的方法有 ：化學(xué)合成-拆分法，不對(duì)稱化學(xué)合成法，不對(duì)稱催化合成法和發(fā)酵法。 化學(xué)合成所得到的是外消旋化合物，兩種對(duì)映體各占一半，因此必需經(jīng)拆分才干得到單一的對(duì)映體。這意味著有一半產(chǎn)物是無(wú)用的。 不對(duì)稱化學(xué)合成較之普通化學(xué)合成法前進(jìn)了一大步，它采用化學(xué)計(jì)量的手性試劑選擇性合成手性化合物，但由于手性試劑昂貴，限制了它在工業(yè)上的推行運(yùn)用。. 不對(duì)稱催化具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，主要是由于它有“手性增

2、殖或“手性放大作用，即經(jīng)過(guò)運(yùn)用催化量的手性催化劑可以立體選擇性地生成大量手性化合物。 它和發(fā)酵不同，不對(duì)稱催化工藝不局限于“生物類型的底物，并且R-異構(gòu)體和S-異構(gòu)體同樣容易生成，只需采用不同構(gòu)型的手性催化劑就可實(shí)現(xiàn)。不對(duì)稱催化也防止了發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的大量失效營(yíng)養(yǎng)媒介物的處置問題，而且根據(jù)如今運(yùn)用于工業(yè)上的不對(duì)稱催化過(guò)程的消費(fèi)效率看，它遠(yuǎn)高于發(fā)酵法。. 單一對(duì)映體的手性化合物的重要性不僅限于醫(yī)藥，在農(nóng)藥和光電新資料開展中，曾經(jīng)證明單一對(duì)映體的手性化合物具有更高效率和更優(yōu)良性能，因此越來(lái)越遭到注重。 .第二節(jié)： 酶催化和生物降解 分子生物技術(shù)還能用來(lái)加強(qiáng)工業(yè)過(guò)程催化劑運(yùn)用的酶的性能，這同傳統(tǒng)催化

3、技術(shù)是非常類似的。 酶和其他生物系統(tǒng)在溫暖的溫度、壓力和pH值條件下，在稀水溶液中能很好地任務(wù)。 這些系統(tǒng)催化的反響是典型對(duì)環(huán)境友好的，由于生成的副產(chǎn)物或廢物很少。 . 通常，這些酶催化劑和由它們合成的資料是生物可以降解的，因此不會(huì)長(zhǎng)久存在在環(huán)境中。 這些反響是典型選擇性的并有特別高的收率，而且酶可以催化單一反響器中的整個(gè)系列的反響，導(dǎo)致總收率的很大改良和高的位置特效性，以及大多數(shù)情況下100%的手性合成。 整個(gè)細(xì)胞催化的酶催化技術(shù)的改良運(yùn)用，用單種酶或復(fù)合酶催化的反響和化學(xué)合成對(duì)于新的催化技術(shù)的開展都是很重要的。 .第三節(jié)： 分子氧的活化和高選擇 性氧化反響 全世界消費(fèi)的主要化學(xué)品中50%以

4、上是和選擇氧化過(guò)程有關(guān)的。 包括：碳?xì)浠衔镅趸珊趸衔锖秃趸衔锏难趸D(zhuǎn)化。 如今有機(jī)化學(xué)品的制造大多是以石油為原料，而石油烴分子又都是處于復(fù)原形狀，因此經(jīng)過(guò)氧化將它們轉(zhuǎn)化為帶有不同含氧基團(tuán)的有機(jī)化合物在有機(jī)化學(xué)中占有重要的位置。. 氧化反響是有機(jī)反響中最難控制反響方向的，它們往往在生成主產(chǎn)物的同時(shí)，生成許多副產(chǎn)物，這使得氧化反響的選擇性較低。 至今不少氧化反響依然采用的是化學(xué)計(jì)量的氧化劑，特別是含重金屬的無(wú)機(jī)氧化物，反響完成后還有大量的殘留物需求處置，它們對(duì)環(huán)境會(huì)呵斥嚴(yán)重污染。 因此開展新的高選擇性氧化非常重要2。. 綠色氧化過(guò)程應(yīng)是采用無(wú)毒無(wú)害的催化劑，它應(yīng)具有很高的氧化選擇性，不

5、產(chǎn)生或很少產(chǎn)生副反響產(chǎn)物，到達(dá)盡能夠高的原子經(jīng)濟(jì)性。 對(duì)氧化劑的要求是，它們參與反響后不應(yīng)有氧化劑分解的殘留有害物。 因此，最好的氧化劑是氧，其次是H2O2。. 純氧作氧化劑是重要開展方向，它大量減少了尾氣排放量，從而減少了隨尾氣帶入大氣的揮發(fā)性有機(jī)物呵斥的污染。 因此新開展的氧化催化劑應(yīng)是在緩和條件下能活化分子氧，經(jīng)過(guò)這種活潑的催化氧化物種，使反響物分子高選擇性轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。模擬酶氧化的金屬絡(luò)合物和分子篩將成為氧化催化劑的主要研討對(duì)象，它們將在開辟清潔的氧化工藝中發(fā)揚(yáng)重要作用。.第四節(jié)： 清潔的能源 世界人口的繼續(xù)增長(zhǎng)，能源和食品問題將成為下世紀(jì)主要難題 傳統(tǒng)燃料熄滅方式放出的化學(xué)能受熱力學(xué)第

6、二定律的限制，只需一部分低于40%被轉(zhuǎn)化為有用能，其他的能量那么以種種不可防止的方式損耗了，如活動(dòng)部件之間的摩擦耗費(fèi)，作為廢熱從煙囪和冷卻塔排放出等等。 .開展燃料電池是一條重要出路 燃料電池直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能沒有任何機(jī)械和熱的中間媒介。燃料電池取決于不同用途，其效率可高達(dá)90%。 靠這種高效率，以燃料電池技術(shù)為根底的發(fā)電廠，比起普通發(fā)電廠將耗費(fèi)更少的燃料，同時(shí)相應(yīng)地減少了污染物的排放。 . 燃料電池高轉(zhuǎn)化效率的關(guān)鍵在于用催化劑來(lái)控制燃料與氧的反響，而此反響溫度高達(dá)1000oC左右。 要在如此高的溫度下維持長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，還需求處理一些技術(shù)妨礙，包括： 在高溫下催化劑不被破壞的方法，防止陶瓷構(gòu)造

7、的破裂和走漏 設(shè)計(jì)在足夠小的體積內(nèi)能傳導(dǎo)充足的氧離子的陶瓷資料等。 .氫 氣 燃 料 氫氣由于燃料熱效高，而且產(chǎn)物為水，因此被以為是未來(lái)最理想的高效清潔能源 氫氣燃料電池早已研討勝利，而且用它驅(qū)動(dòng)的汽車已問世。 但由于氫氣本錢較高，無(wú)論烴類制氫或電解制氫作為燃料運(yùn)用，都缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。 .廉價(jià)獲取氫的方法研討 生物制氫技術(shù)： 以制糖廢液，纖維素廢液和污泥廢液為原料，采用微生物培育法制取氫是很有希望的途徑，其關(guān)鍵是堅(jiān)持氫化酶的穩(wěn)定性，以便能采用通常發(fā)酵法延續(xù)消費(fèi)制氫的技術(shù)。. 國(guó)外的研討： 主要集中于固定化微生物制氫技術(shù)，如今已發(fā)現(xiàn)以聚丙烯酰胺將氫產(chǎn)生菌丁酸梭菌包埋固定化，可用于由葡萄糖發(fā)酵消費(fèi)氫。

8、 最近又發(fā)現(xiàn)用瓊脂固定化，消費(fèi)氫的速度是聚丙烯酰胺固定化菌種的三倍。 利用這種固定化氫產(chǎn)生菌，可以用工業(yè)廢水中的有機(jī)物有效地消費(fèi)氫。. 國(guó)內(nèi)： 以厭氧活性污泥為原料的有機(jī)廢水發(fā)酵法制氫技術(shù)研討獲得了重要突破，已實(shí)現(xiàn)中試規(guī)模延續(xù)非固定菌生物制氫，消費(fèi)本錢據(jù)稱已低于電解法制氫。.貯氫資料的研討 貯氫資料的研討： 由于氫氣單位體積的能量密度低，要靠高壓緊縮儲(chǔ)存，能耗很高，而且存在平安隱患。 目前稀土合金貯氫資料的研討獲得了良好的進(jìn)展，可以預(yù)料不久的未來(lái)廉價(jià)制氫和貯氫資料技術(shù)將獲得突破并適用化。 .第五節(jié)： 可再生資源的利用 目前可再生生物資源主要利用的是谷物淀粉類，而作為植物重要組成部分的木質(zhì)素利用

9、不多，由于木質(zhì)素極其穩(wěn)定，降解非常困難。 如今已發(fā)現(xiàn)一些細(xì)菌和真菌含有可使木質(zhì)素降解的木質(zhì)素過(guò)氧化酶、錳過(guò)氧化酶、漆酶等，但其降解效率較低，因此纖維素特別是木質(zhì)素的酶解，將是今后研討開發(fā)的熱點(diǎn)。 .第五節(jié)： 可再生資源的利用 生物質(zhì)的生物降解和轉(zhuǎn)化 生物質(zhì)的化學(xué)轉(zhuǎn)化.生物質(zhì)的生物降解和轉(zhuǎn)化 目前妨礙可再生生物資源利用的重要要素是酶催化劑穩(wěn)定性較差，對(duì)反響條件，例如溫度、培育液濃度和pH值等要求苛刻，且價(jià)錢昂貴。 采用基因工程、細(xì)胞工程、酶工程技術(shù)的最新成果例如克隆技術(shù)，按照需求制造高穩(wěn)定性和容忍性好的微生物，從中提取出較廉價(jià)的酶是能夠的 。.生物質(zhì)的生物降解和轉(zhuǎn)化 可再生生物資源利用存在的另一

10、個(gè)問題是酶和產(chǎn)物從反響液中分別出來(lái)困難。 酶和微生物的固載化，高效生物反響器和分別技術(shù)的開發(fā)，將成為生物化學(xué)工程的研討重點(diǎn)。 .生物質(zhì)的化學(xué)轉(zhuǎn)化 生物質(zhì)的直接液化已有相關(guān)研討，需求提高檔次和選擇性 生物質(zhì)的間接液化 先轉(zhuǎn)化為合成氣，由合成氣轉(zhuǎn)化為液體產(chǎn)品，需求提高合成氣中氫的比例。.構(gòu)造鍵能 定向氣化 生物制氫氣化機(jī)理 催化重整 綠色合成.Gasification reactor (fixed bed) for biomass conversiongasifierpurificationfanNeededByHomegas tankbiomass, air.生物質(zhì)氣體組成生物質(zhì) 氣體組成 (%

11、)COH2CH4CO2N2鋸末18-2112-172.5-3.58-1250-55秸稈14-1614-163-413-1553-54.Gasification reactor (fluidized bed) for biomass conversionCO,H2gasifierairbiomasstankCO + 2H2=CH3OHmethanolscrew feederash separationcatalysis reation bedreforming reaction bedbiomass.Gasification reactor (fluidized bed) for biomass conversion Gas production：150 M3/h Operation pressure：1MPa Heat capacity：7 MJ/M3 Efficie