低碳與生物質(zhì)

低碳與生物質(zhì)第1頁/共47頁聚乳酸Poly(lacticacid);Polylactide聚乳酸原料-產(chǎn)品循環(huán)圖乳酸聚乳酸纖維廢棄物二氧化碳水淀粉第2頁/共47頁第3頁/共47頁丙交酯開環(huán)聚合反應(yīng)第4頁/共47頁Opticalisomersoflacticacid聚乳酸結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性第5頁/共47頁三種乳酸性質(zhì)的比較(+)-乳酸及(-)-乳酸的球棒模型[α]20D（水）熔點(diǎn)/℃pKa（+）-乳酸（-）-乳酸（±)-乳酸+3.82°-3.82°05353183.793.793.86第6頁/共47頁第7頁/共47頁D-LactidePDLADL-LactidePDLLA第8頁/共47頁第9頁/共47頁DL-Polylactide(Random)D-Polylactide(-D-D-D-)L-Polylactide(-L-L-L-)D-,L-block(···D-D-D-L-L-L···)

DL-,L-copolymer(···DL···L-L···)DL-,D-copolymer(···DL···D-D···)D-,L-complex(-D-D-D-/-L-L-L-)

Structuresofpolylactide(polylacticacid,PLA)第10頁/共47頁第11頁/共47頁光合作用的啟示nCO2+nH2O (CH2O)n+nO2hv第12頁/共47頁第13頁/共47頁第14頁/共47頁第15頁/共47頁1915年R.威爾斯泰特(德國)：植物色素(葉綠素)的研究1930年H.非舍爾(德國)：血紅素和葉綠素的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)方面的研究1961年M.卡爾文(美國)：植物光合作用機(jī)理1965年R.B.伍德沃德(美國)：葉綠素全合成1988年J.戴森霍弗，R.胡伯爾，H.米歇爾(德國)：光合作用反應(yīng)中心的三維結(jié)構(gòu)1992年R.A.馬庫斯(美國)：溶液中的電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)理論及在光合作用中的應(yīng)用1997年P(guān).B.博耶(美國)，J.E.沃克爾(英國)，J.C.斯科(丹麥)：

ATP和ATP酶與光合作用有關(guān)的Nobel化學(xué)獎(jiǎng)第16頁/共47頁第17頁/共47頁景天酸代謝途徑第18頁/共47頁第19頁/共47頁一、太陽能（光）利用：太陽能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能二、二氧化碳利用：二氧化碳轉(zhuǎn)化成碳水化合物三、酶催化：環(huán)境溫度光合作用中化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)第20頁/共47頁暗反應(yīng)光反應(yīng)啟示一：人工模擬光合作用NADPH:煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸第21頁/共47頁第22頁/共47頁第23頁/共47頁Tabushi,Iwao;Yazaki,Akira;Koga,Noboru;Iwasaki,Keiji：Artificialphotosynthesissystemofbacteriatype，TetrahedronLetters，1980,21(4)：373-6.第24頁/共47頁啟示二：光分解水制氧氣和氫氣第25頁/共47頁啟示三：將二氧化碳轉(zhuǎn)化成有機(jī)碳第26頁/共47頁

maximumCO2conversion:23.2%Yields:>20%Selectivity:>96%byproduct150oC160barK.M.KerryYu,ConnieM.Y.Yeung,andShikChiTsang：CarbonDioxideFixationintoChemicals(MethylFormate)atHighYieldsbySurfaceCouplingoveraPd/Cu/ZnONanocatalyst，JACS,2007,129,6360-6361第27頁/共47頁[1][2][3]H2:0.16mmol/hCH4:0.25mmol/hFormationrateCO2

+

H2OCH4

+

HCOOH

+HCHO

+

CH3OH

+

C2H5OHPt-loaded

K2Ti6O13Fe-Cu-K/DAY,SunlightTiO2UVCH4

+

H2

+

CONi/

NiOMWCH4

+

C2H6

+

CH3OH

+

CH3COCH3

+

C3

~C4

alcohols[1]

Sci.Techn.Adv.Mater.2007,8,89–92andCatalysisToday,2006,115,269-273[2]Appl.Catal.B-Environ.2003,41,387–396[3]Res.Chem.Intermediat.

1991,16,241-255.第28頁/共47頁P(yáng)roductformationfromphotocatalyticreductionofCO2withH2OusingTiO2pellets第29頁/共47頁聚碳酸酯第30頁/共47頁啟示四：基因工程第31頁/共47頁“利用胚胎干細(xì)胞把特定基因改性引入實(shí)驗(yàn)鼠的原理”第32頁/共47頁第33頁/共47頁第34頁/共47頁第35頁/共47頁第36頁/共47頁第37頁/共47頁第38頁/共47頁二、生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化將長期的地質(zhì)化學(xué)過程轉(zhuǎn)變?yōu)槎虝r(shí)的化工生產(chǎn)過程。第39頁/共47頁P(yáng)aulJ.Dauenhauer,BradonJ.Dreyer,NickJ.Degenstein,andLannyD.Schmidt:MillisecondReformingofSolidBiomassforSustainable:Fuels,Angew.Chem.Int.Ed.2007,46,5864–5867(UniversityofMinnesota)第40頁/共47頁“WeproposedaprocessbywhichC(gr)couldbeextractedfromCO2

usinghigh-temperaturesolarenergy.”背景一、利用太陽能產(chǎn)生的高溫將二氧化碳轉(zhuǎn)化成碳三、太陽能高溫用于化學(xué)轉(zhuǎn)化第41頁/共47頁希爾反應(yīng)(Hillreaction)

：

1939年英國劍橋大學(xué)的希爾(Robert.Hill)發(fā)現(xiàn)在分離的葉綠體(實(shí)際是被膜破裂的葉綠體)懸浮液中加入適當(dāng)?shù)碾娮邮荏w(如草酸鐵)，照光時(shí)可使水分解而釋放氧氣：

其中的電子受體被稱為希爾氧化劑(Hilloxidant)，鐵氰化鉀、草酸鐵、多種醌、醛及有機(jī)染料都可作為希爾氧化劑。第42頁/共47頁ThereductionofgaseousoxidessuchasCO2andH2Oisanimportantconcerninindustrialprocessesandpollutioncontrol.Herewereportthereductionofcarbondioxidetocarbonwithanefficiencyofnearly100%at290oCusingcation-excessmagnetite(Fe3+dO4,d=0.127).Inthisreaction,theoxygenintheCO2istransferred,intheformofO2-,tothecation-excessmagnetite,andnogasisevolved.ThecarbonintheCO2isreducedtocarbon(zerovalence)bytheadditionofanelectrondonatedfromthecation-excessmagnetitetomaintainelectricalneutralityduringthetransferoftheO2-tothemagnetite.WhenweusedH2OinplaceofCO2,hydrogengaswasevolved,indicatingthatthesamemechanismcanalsoreduceH2O.YUTAKATAMAURA&MASAHIROTAHATA：Completereductionofcarbondioxidetocarbonusingcation-excessmagnetite，Nature

346,255-256(19July1990);doi:10.1038/346255a0第43頁/共47頁背景二、利用太陽能產(chǎn)生的高溫將水分解成氧與氫A.T-Raissi,N.Muradov,C.Huang,O.Adebiyi:

HydrogenFromSolarViaLight-AssistedHigh-TemperatureWaterSplittingCycles,JournalofSolarEnergyEngineering,

2007,129:185第44頁/共47頁BiomassPyrolysisunderMicrowaveIrradiationCelluloseCatalystMicrowaves/150oC150sCharcoal+Tar～70%Gases～30%WoodCatalystMicrowaves/150oC

150sCharcoal+Tar～70%Gases～30%C%:63.36;H%:4