绿色化学课件

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1、生物能源主讲人：张良2011.06主要内容绿色化学概念变迁引出生物能源生物能源的构成生物能源技术生物能源的展望美国《绿色化学》(GreenChemistry)杂志：在制造和应用化学产品时应有效利用(最好可再生)原料,消除废物和避免使用有毒的和危险的试剂和溶剂今天的绿色化学：指能够保护环境的化学技术.1.它可通过使用自然能源,避免给环境造成负担、避免排放有害物质2.利用太阳能为目的的光触媒和氢能源的制造和储藏技术的开发并考虑节能、节省资源、减少废弃物排放量。绿色化学的定义自然能源：自然界所存在或具有的能源，是自然资源的一部分。主要有太阳能（包括光能和热能）、

2、水能、波能、潮汐能、风能、生物质能等，自然能源几乎都是再生能源。生物质：一切直接或间接利用绿色植物光合作用形成的有机物质。包括除化石燃料外的植物、动物和微生物及其排泄与代谢物等。CO2+H2O+太阳能（CH2O）+O2广义概念：生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。有代表性的生物质如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。狭义概念：生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素（简称木质素）、农产品加工下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。生物质能：又叫生物能源

3、，是将树木、农作物秸秆、林业加工残余物和各类有机垃圾等生物质所蕴藏的能量，转化成常规的固态、液态和气态燃料的可再生能源。燃料乙醇、朝气、固体成型燃料及生物柴油等就是生物质能产品生物能源的种类1.森林能源森林生长和林业生产过程中能够提供生物质能源。主要是薪才，和在树木生长过程中修剪的边角余料。我国农村消费的森林能源越合1亿吨标准煤，占农村能源消费的30%以上。2农作物秸秆我国秸秆产量达到6亿吨，约50%还田、作为饲料和工业原料。其余的2.9亿吨作为能源，直接燃烧，这不仅能量利用率低，还浪费环境。3禽畜粪便是一种重要的生物能源，除了在牧区有少量的直接燃烧外，主

4、要是用作发酵的原料。4生活垃圾城镇生活垃圾主要是由居民生活垃圾，商业服务垃圾和少量建筑垃圾构成的混合物。中国城市垃圾构成呈现向大城市过渡的趋势，有以下特点：1有机物含量接近1/3，2易降解有机物含量高生物能源技术生物质气化，如沼气、生物制氢等生物质液化，如乙醇、甲醇、生物柴油等生物质固化，如生物质成型燃料等生物质气化生物制氢微生物制氢的三大方法1.光解水制氢2.厌氧细菌氢产氢3.光合细菌产氢微生物产氢的关键因素－产氢酶产氢过程中能够使质子还原为氢气的酶有固氮酶和氢酶两种。微生物为何能产生氢气？固氮酶是由两种蛋白质分子构成的金属复合蛋白酶,能催化还原氮气成氨

5、，氢气作为副产物产生。氢酶是微生物体内调节氢代谢的活性蛋白。氢酶又可以分为吸氢酶、可逆性氢酶。氢酶在微生物中主要功能是吸收固氮酶产生的氢气。可逆性氢酶的吸氢过程是可逆的，吸氢酶的吸氢过程是不可逆的。因此从产氢需求出发，常构建吸氢酶基因缺陷的突变体以增加产氢的速率。光解水产氢光能光能自养型微生物氢气特点：直接利用光能产生氢气某些藻类和原核生物（蓝细菌）体内拥有PSⅠ、PSⅡ等两个光合中心PSⅠ产生还原剂用来固定CO2，PSⅡ接收太阳光能分解水产生H+、电子和O2；PSⅡ产生的电子，由铁氧化还原蛋白携带，经由PSⅡ和PSⅠ到达氢酶，H+在氢酶的催化作用下形成H

6、2藻类的产氢反应受氢酶催化，可以利用水作为电子和质子的原始供体，这是藻类产氢的主要优势。蓝细菌同时具有固氮酶和氢酶，其产氢过程主要受固氮酶作用，氢酶主要在吸氢方向上起作用。绿藻：以水为原料，太阳能转化率较高产氢过程需要光照，光强度的影响较大，系统产氢不稳定，同时产生的氧对反应有抑制作用。蓝细菌：以水为原料，产氢主要由固氮酶完成，可以将大气中的N2固定产氢过程需要光照，产氢速率低，产生的氧对固氮酶有抑制作用厌氧细菌产氢利用厌氧产氢细菌在黑暗、厌氧条件下将有机物分解转化为氢气。葡萄糖首先通过发酵形成丙酮酸、ATP和NADPH，丙酮酸被氧化成乙酰辅酶A、CO2并

7、产生还原性铁氧还原蛋白，还原性铁氧还原蛋白还原氢酶，氢酶还原氢离子生成氢气厌氧细菌：不需要光照，可连续产氢，可利用多种有机质做底物，产氢过程为厌氧过程，无氧气限制问题，反应需控制pH值在酸性范围内，原料利用率低光合细菌产氢光合细菌在厌氧条件下通过光照将有机物分解转化为氢气。光合细菌是一类原始的古细菌，在光照条件下可以将有机酸转化为分子氢。光合细菌产氢是与光合磷酸化偶联的固氮酶的放氢作用下产生的。光合细菌只含有一个光合中心，电子供体是有机物或还原态硫化物，所以光合磷酸化过程不放氧，与绿藻和蓝细菌相比，这种只产氢不放氧的特性，可大大简化生产工艺，不存在产物氧气

8、和氢气分离问题，也不会造成固氮酶的失活生物质液化生物柴油：是由植物