低碳与生物质

低碳与生物质第1页/共47页聚乳酸Poly(lacticacid);Polylactide聚乳酸原料-产品循环图乳酸聚乳酸纤维废弃物二氧化碳水淀粉第2页/共47页第3页/共47页丙交酯开环聚合反应第4页/共47页Opticalisomersoflacticacid聚乳酸结构的复杂性第5页/共47页三种乳酸性质的比较(+)-乳酸及(-)-乳酸的球棒模型[α]20D（水）熔点/℃pKa（+）-乳酸（-）-乳酸（±)-乳酸+3.82°-3.82°05353183.793.793.86第6页/共47页第7页/共47页D-LactidePDLADL-LactidePDLLA第8页/共47页第9页/共47页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页/共47页第11页/共47页光合作用的启示nCO2+nH2O (CH2O)n+nO2hv第12页/共47页第13页/共47页第14页/共47页第15页/共47页1915年R.威尔斯泰特(德国)：植物色素(叶绿素)的研究1930年H.非舍尔(德国)：血红素和叶绿素的性质及结构方面的研究1961年M.卡尔文(美国)：植物光合作用机理1965年R.B.伍德沃德(美国)：叶绿素全合成1988年J.戴森霍弗，R.胡伯尔，H.米歇尔(德国)：光合作用反应中心的三维结构1992年R.A.马库斯(美国)：溶液中的电子转移反应理论及在光合作用中的应用1997年P.B.博耶(美国)，J.E.沃克尔(英国)，J.C.斯科(丹麦)：

ATP和ATP酶与光合作用有关的Nobel化学奖第16页/共47页第17页/共47页景天酸代谢途径第18页/共47页第19页/共47页一、太阳能（光）利用：太阳能转化成化学能二、二氧化碳利用：二氧化碳转化成碳水化合物三、酶催化：环境温度光合作用中化学反应的特点第20页/共47页暗反应光反应启示一：人工模拟光合作用NADPH:烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸第21页/共47页第22页/共47页第23页/共47页Tabushi,Iwao;Yazaki,Akira;Koga,Noboru;Iwasaki,Keiji：Artificialphotosynthesissystemofbacteriatype，TetrahedronLetters，1980,21(4)：373-6.第24页/共47页启示二：光分解水制氧气和氢气第25页/共47页启示三：将二氧化碳转化成有机碳第26页/共47页

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页/共47页[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页/共47页ProductformationfromphotocatalyticreductionofCO2withH2OusingTiO2pellets第29页/共47页聚碳酸酯第30页/共47页启示四：基因工程第31页/共47页“利用胚胎干细胞把特定基因改性引入实验鼠的原理”第32页/共47页第33页/共47页第34页/共47页第35页/共47页第36页/共47页第37页/共47页第38页/共47页二、生物质热化学转化将长期的地质化学过程转变为短时的化工生产过程。第39页/共47页PaulJ.Dauenhauer,BradonJ.Dreyer,NickJ.Degenstein,andLannyD.Schmidt:MillisecondReformingofSolidBiomassforSustainable:Fuels,Angew.Chem.Int.Ed.2007,46,5864–5867(UniversityofMinnesota)第40页/共47页“WeproposedaprocessbywhichC(gr)couldbeextractedfromCO2

usinghigh-temperaturesolarenergy.”背景一、利用太阳能产生的高温将二氧化碳转化成碳三、太阳能高温用于化学转化第41页/共47页希尔反应(Hillreaction)

：

1939年英国剑桥大学的希尔(Robert.Hill)发现在分离的叶绿体(实际是被膜破裂的叶绿体)悬浮液中加入适当的电子受体(如草酸铁)，照光时可使水分解而释放氧气：

其中的电子受体被称为希尔氧化剂(Hilloxidant)，铁氰化钾、草酸铁、多种醌、醛及有机染料都可作为希尔氧化剂。第42页/共47页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页/共47页背景二、利用太阳能产生的高温将水分解成氧与氢A.T-Raissi,N.Muradov,C.Huang,O.Adebiyi:

HydrogenFromSolarViaLight-AssistedHigh-TemperatureWaterSplittingCycles,JournalofSolarEnergyEngineering,

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

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