第七章綠色化學發(fā)展趨勢ppt課件

1、第七章 綠色化學開展趨勢 第一節(jié)： 不對稱催化合成 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)：不對稱催化合成 制造光學純化合物的方法有 ：化學合成-拆分法，不對稱化學合成法，不對稱催化合成法和發(fā)酵法。 化學合成所得到的是外消旋化合物，兩種對映體各占一半，因此必需經拆分才干得到單一的對映體。這意味著有一半產物是無用的。 不對稱化學合成較之普通化學合成法前進了一大步，它采用化學計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)上的推行運用。. 不對稱催化具有獨特優(yōu)勢，主要是由于它有“手性增

2、殖或“手性放大作用，即經過運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，不對稱催化工藝不局限于“生物類型的底物，并且R-異構體和S-異構體同樣容易生成，只需采用不同構型的手性催化劑就可實現。不對稱催化也防止了發(fā)酵過程中產生的大量失效營養(yǎng)媒介物的處置問題，而且根據如今運用于工業(yè)上的不對稱催化過程的消費效率看，它遠高于發(fā)酵法。. 單一對映體的手性化合物的重要性不僅限于醫(yī)藥，在農藥和光電新資料開展中，曾經證明單一對映體的手性化合物具有更高效率和更優(yōu)良性能，因此越來越遭到注重。 .第二節(jié)： 酶催化和生物降解 分子生物技術還能用來加強工業(yè)過程催化劑運用的酶的性能，這同傳統(tǒng)催化

3、技術是非常類似的。 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。 這些系統(tǒng)催化的反響是典型對環(huán)境友好的，由于生成的副產物或廢物很少。 . 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，因此不會長久存在在環(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系列的反響，導致總收率的很大改良和高的位置特效性，以及大多數情況下100%的手性合成。 整個細胞催化的酶催化技術的改良運用，用單種酶或復合酶催化的反響和化學合成對于新的催化技術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 全世界消費的主要化學品中50%以

4、上是和選擇氧化過程有關的。 包括：碳氫化合物氧化成含氧化合物和含氧化合物的氧化轉化。 如今有機化學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原形狀，因此經過氧化將它們轉化為帶有不同含氧基團的有機化合物在有機化學中占有重要的位置。. 氧化反響是有機反響中最難控制反響方向的，它們往往在生成主產物的同時，生成許多副產物，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計量的氧化劑，特別是含重金屬的無機氧化物，反響完成后還有大量的殘留物需求處置，它們對環(huán)境會呵斥嚴重污染。 因此開展新的高選擇性氧化非常重要2。. 綠色氧化過程應是采用無毒無害的催化劑，它應具有很高的氧化選擇性，不

5、產生或很少產生副反響產物，到達盡能夠高的原子經濟性。 對氧化劑的要求是，它們參與反響后不應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)性有機物呵斥的污染。 因此新開展的氧化催化劑應是在緩和條件下能活化分子氧，經過這種活潑的催化氧化物種，使反響物分子高選擇性轉化為產物。模擬酶氧化的金屬絡合物和分子篩將成為氧化催化劑的主要研討對象，它們將在開辟清潔的氧化工藝中發(fā)揚重要作用。.第四節(jié)： 清潔的能源 世界人口的繼續(xù)增長，能源和食品問題將成為下世紀主要難題 傳統(tǒng)燃料熄滅方式放出的化學能受熱力學第

6、二定律的限制，只需一部分低于40%被轉化為有用能，其他的能量那么以種種不可防止的方式損耗了，如活動部件之間的摩擦耗費，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能轉化為電能沒有任何機械和熱的中間媒介。燃料電池取決于不同用途，其效率可高達90%。 靠這種高效率，以燃料電池技術為根底的發(fā)電廠，比起普通發(fā)電廠將耗費更少的燃料，同時相應地減少了污染物的排放。 . 燃料電池高轉化效率的關鍵在于用催化劑來控制燃料與氧的反響，而此反響溫度高達1000oC左右。 要在如此高的溫度下維持長期運轉，還需求處理一些技術妨礙，包括： 在高溫下催化劑不被破壞的方法，防止陶瓷構造

7、的破裂和走漏 設計在足夠小的體積內能傳導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，而且產物為水，因此被以為是未來最理想的高效清潔能源 氫氣燃料電池早已研討勝利，而且用它驅動的汽車已問世。 但由于氫氣本錢較高，無論烴類制氫或電解制氫作為燃料運用，都缺乏競爭力。 .廉價獲取氫的方法研討 生物制氫技術： 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，其關鍵是堅持氫化酶的穩(wěn)定性，以便能采用通常發(fā)酵法延續(xù)消費制氫的技術。. 國外的研討： 主要集中于固定化微生物制氫技術，如今已發(fā)現以聚丙烯酰胺將氫產生菌丁酸梭菌包埋固定化，可用于由葡萄糖發(fā)酵消費氫。

8、 最近又發(fā)現用瓊脂固定化，消費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生菌，可以用工業(yè)廢水中的有機物有效地消費氫。. 國內： 以厭氧活性污泥為原料的有機廢水發(fā)酵法制氫技術研討獲得了重要突破，已實現中試規(guī)模延續(xù)非固定菌生物制氫，消費本錢據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展，可以預料不久的未來廉價制氫和貯氫資料技術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素利用

9、不多，由于木質素極其穩(wěn)定，降解非常困難。 如今已發(fā)現一些細菌和真菌含有可使木質素降解的木質素過氧化酶、錳過氧化酶、漆酶等，但其降解效率較低，因此纖維素特別是木質素的酶解，將是今后研討開發(fā)的熱點。 .第五節(jié)： 可再生資源的利用 生物質的生物降解和轉化 生物質的化學轉化.生物質的生物降解和轉化 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，對反響條件，例如溫度、培育液濃度和pH值等要求苛刻，且價錢昂貴。 采用基因工程、細胞工程、酶工程技術的最新成果例如克隆技術，按照需求制造高穩(wěn)定性和容忍性好的微生物，從中提取出較廉價的酶是能夠的 。.生物質的生物降解和轉化 可再生生物資源利用存在的另一

10、個問題是酶和產物從反響液中分別出來困難。 酶和微生物的固載化，高效生物反響器和分別技術的開發(fā)，將成為生物化學工程的研討重點。 .生物質的化學轉化 生物質的直接液化已有相關研討，需求提高檔次和選擇性 生物質的間接液化 先轉化為合成氣，由合成氣轉化為液體產品，需求提高合成氣中氫的比例。.構造鍵能 定向氣化 生物制氫氣化機理 催化重整 綠色合成.Gasification reactor (fixed bed) for biomass conversiongasifierpurificationfanNeededByHomegas tankbiomass, air.生物質氣體組成生物質 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