綠色化學(xué)第五章取之不盡用之不竭的可再生生物質(zhì)資源

1、第五章 取之不盡用之不竭的可再生生物質(zhì)資源第一節(jié) 生物質(zhì)人類將來的抱負(fù)資源資源的分類統(tǒng)稱為自然資源。自然資源在肯定意義上可分為有限資源和無限資源。1、無限資源主要有太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、潮汐能等?、有限資源有限資源一般分為可再生資源和不行再生資源。金屬礦產(chǎn)、非金屬礦產(chǎn)等。特點(diǎn)：數(shù)量有限；礦物燃料燃燒后污染環(huán)境。據(jù)最報道，全球的石油尚可開采39年，煤可開采221年，自然氣可開采60年?？稍偕Y源：指在人類的生存周期的時間范圍內(nèi)簡潔再生的物質(zhì)。如土地、 水以及生物質(zhì)資源。生物質(zhì)：由光合作用產(chǎn)生的全部生物有機(jī)體的總稱，包括植物、農(nóng)作物、林 產(chǎn)物等。其中含有淀粉、纖維素、木質(zhì)素等成分。纖維素是由葡萄

2、糖基組成的線形大分子；半纖維素是一群復(fù)合聚糖的總稱不同植物的復(fù)合聚糖的組分也不同；木質(zhì)素是自然界最簡單的自然聚合物之一，它的構(gòu)造中重復(fù)單元之間缺乏規(guī)章性和有序性。木質(zhì)素是可再生的植物纖維資源中隱藏太陽能最高的局部。生物質(zhì)特點(diǎn)：1520倍。 大局部已高度氧化，作為化工原料可避開氧化步驟。CO的含量。22季節(jié)性強(qiáng)，產(chǎn)量、質(zhì)量不穩(wěn)定。 需要大量土地。我國生物質(zhì)能資源相當(dāng)豐富，僅各類農(nóng)業(yè)廢棄物如秸稈等的資源量每年3.08億噸標(biāo)煤，薪柴資源量為1.3億噸標(biāo)煤，加上糞便、城市垃圾等，資源總量估量可達(dá) 6.5 億噸標(biāo)煤以上，約相當(dāng)于 1995 年全國能源消費(fèi)總量的一半。我國農(nóng)70%為生物質(zhì)，主要是直接燃燒，

3、效率低又影響局部環(huán)境。1997 年，相繼發(fā)生的成都雙流機(jī)場和京石高速大路關(guān)閉大事，引起了政府及社會各界的關(guān)注。二、以生物質(zhì)為原料生產(chǎn)的化工產(chǎn)品丙醇，丁醇，戊醇乙醛，乙烯，乙醚乙酸乙酸乙酯纖維素葡萄糖葡萄糖酸，山梨糖醇，甘露糖醇，丙烯酸木質(zhì)素蒽醌，酚，甲醇其次節(jié) 酶翻開生物質(zhì)資源寶庫的鑰匙一、生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化方法葡萄糖等低分子物質(zhì)以便作為燃料或有機(jī)化工原料使用呢？ 物理法：將生物質(zhì)加熱裂解成低分子物質(zhì)，然后分餾出有用成分?；瘜W(xué)法：承受水解、酸解、氧化復(fù)原降解將生物質(zhì)變?yōu)樾》肿?。物理法和化學(xué)法能耗高、產(chǎn)率低、污染嚴(yán)峻。等緣由，轉(zhuǎn)化為葡萄糖的難度較大，主要承受生物法。二、酶和酶催化的特點(diǎn)催化劑。酶催化的

4、主要特點(diǎn):1反響條件溫存。pH=7高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬離子、紫外線等易失去活性。2高度專一性.“一把鑰匙開一把鎖”子葡萄糖。 HOO所需的活化能222249kJmol-1；當(dāng)用過氧化氫酶催8kJmol-1HO 109倍！22多樣性。酶的種類繁多，幾乎能催化全部的反響。正是由于酶的催化作用，進(jìn)入人體內(nèi)的食物得以在比較溫存的條件下和有水CO HO，同時逐步釋放出能量。釋放出的能量，以高能22ATP 三磷酸腺苷中，當(dāng)需要時再釋放出來供各種生理活動和生化反響需用。第三節(jié)生物質(zhì)資源利用實(shí)例一、歷史悠久的發(fā)酵技術(shù)二、制取燃料1.制造酒精巴西從 20 世紀(jì) 70 年月中施行用甘蔗糖蜜生產(chǎn)乙醇的浩大打算，

5、乙醇年產(chǎn)量800萬輛汽車使用摻有22乙醇的汽油，既不用對汽車引擎進(jìn)展改造，又不影響汽車的速度。要還是摻入汽油中，與汽油混合使用。但傳統(tǒng)工藝本錢高，需要改進(jìn)。傳統(tǒng)工藝中去淀粉原料蒸煮糊化，直接發(fā)酵生產(chǎn)酒精。2.生產(chǎn)木質(zhì)石油70% 90%。300 240160159氣態(tài)燃料。3. 生產(chǎn)生物柴油1984群眾捷達(dá)”3000多英里，從而榮獲當(dāng)?shù)睾椭菘茖W(xué)博覽會的一等獎。生產(chǎn)。生產(chǎn)這種型的生物柴油所需要的設(shè)備與一般的制油設(shè)備一樣。平均每噸油菜籽可以制取 200 升柴油，同時產(chǎn)生 10的副產(chǎn)品甘油，在國際市場上，純202210001500美元。因此經(jīng)濟(jì)效益很好。生物柴油的好處主要有:生物柴油的燃點(diǎn)是柴油的兩倍

6、，因此使用、處理、運(yùn)輸和貯存都極其安全；在全部的燃油中，生物柴油的發(fā)熱量最高；90的空氣毒性。美國加利94的患癌率。生物柴油可生物降解，無毒性，對環(huán)境無害，并可以從可再生資源中提取。制取沼氣細(xì)菌發(fā)酵便可產(chǎn)生沼氣甲烷、氨、二氧化碳等的混合氣體。105m3的沼氣，3萬個家庭使用。10立方米左右，160，每立方米沼氣的熱值可高23000145口人之家每天的炊事用燃料。570多萬個，不僅解決了局部農(nóng)戶的燃料問題，發(fā)酵后的沼液、沼渣還是很好的有機(jī)肥料，同時人畜糞便經(jīng)過發(fā)酵，很多寄生蟲卵被消滅，環(huán)境效益也不錯，是一舉多得的好事。引人矚目的生物質(zhì)高溫快速裂解技術(shù)八十年月以來，國際能源署IEA組織了加拿大、芬

7、蘭、意大利、瑞典、英國及美國的十余個爭辯小組對生物質(zhì)的快速裂解技術(shù)進(jìn)展了十余年爭辯，開發(fā)出1995年初，加拿大、意升溫速度高達(dá) 103-104 /S 控的裂解條件。0.1-0.5秒超短接觸時間及裂解為分子量從幾十到一千左右的小分子液體產(chǎn)物，其液態(tài)產(chǎn)物收率可高達(dá)70-80%，僅有少量的氣體，產(chǎn)物中有少量甚至不含焦炭。裂解所得液態(tài)產(chǎn)物為黑 MJ/kg99.7%以上為碳、氫、氧，含有數(shù)百種的多環(huán)化合物，根本不含硫及灰份等對環(huán)境有污染的物質(zhì)。這種液態(tài)產(chǎn)品含有多元酚、醇及有機(jī)酸等多種通過常規(guī)石油化工合成路線不易合成的物質(zhì)，具有寬闊的化工利用前景。三、生產(chǎn)有機(jī)化學(xué)品2022年，美國的Biofine公司獲得

8、美國總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎之小企業(yè)獎。他們的獲獎工程是把廢纖維轉(zhuǎn)化成乙酰丙酸。1570%90%，同時可得有價值的副產(chǎn)品甲酸和糠醛。例2.生產(chǎn)己二酸尼龍66的中間體K.M.Draths開發(fā)出由淀粉和纖維素制取DNA重組技術(shù)改進(jìn)的細(xì)菌將葡萄糖轉(zhuǎn)化為己二烯二酸，最終在催化劑的作用下加氫制備己二酸。該工藝是承受可再生生物質(zhì)資源代替石油資源制造化學(xué)品，實(shí)現(xiàn)過程無毒、年美國“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎”的學(xué)術(shù)獎。3.用玉米制塑料美國全國玉米種植者協(xié)會最近宣布，用玉米生產(chǎn)聚脂乳酸塑料的爭辯已取得 包裝紙或地毯。用聚脂乳酸做成的面料有絲綢質(zhì)感，耐用程度可與滌綸媲美。此 4. 用纖維素生產(chǎn)燃料酒精纖維素是生物圈內(nèi)最豐富的有機(jī)物。能否將其作為廉價的化工原材料加以開發(fā)利用是將來用生物質(zhì)代替石油和煤的關(guān)鍵之一。與淀粉一樣，纖維素也可以生在纖維素中葡萄糖單體是以 -1，4苷鍵聯(lián)結(jié)的，它比淀粉中的 -1，4苷鍵更難水解；3纖維素還與半纖維素、木質(zhì)素相聯(lián)結(jié)，這也阻礙了纖維素的降解。1940年。人們覺察一種木酶素的霉菌中含有三種具有協(xié)同作用的纖維素酶：內(nèi)葡萄糖酶、纖維生物水解酶以及 -葡萄苷酶。活性的內(nèi)葡萄糖酶可使纖維素的內(nèi)糖苷鍵斷裂，而纖維生物水解酶可將纖維素的末端鍵水解成二聚體，然后 -葡萄苷酶將其降解成葡萄糖。但由霉菌獲得的 -10 分鐘，因而未能應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。 -60保存數(shù)小時后照舊可保持大局部活性。美國