第十二章 生物基产品转化技术.ppt

第十二章生物基产品转化技术,建筑、家具、再生器具的材料开发可降解塑料的转化-聚乳酸木糖醇的转化,生物炼制是指通过生物化学、热化学和分子生物学的技术平台将生物质转化为生物能源及生物基化工产品的炼制技术和装备技术和装备体系，而在炼制的终端即是生物基产品。炼制一般是将生物质水解成糖后进入到几个不同含碳水平的转化平台。,常见的生物基产品可分为：商用化学品特殊化学品原材料,第一节建筑、家具、再生器具的材料开发,一、农作物秸秆材料工业的发展可能性（一）秸秆贮量我国每年产出秸秆近7亿吨，相当于5亿吨煤。（二）秸秆特性农作物秸秆具备用作材料工业原料的一些基本特性，其存在的不足，可通过工艺手段加以弥补。,二、加工方法,一般可用3种加工方式：（1）破碎重组法（2）单元重组法（3）整株重组法,三、农作物秸秆材料的加工利用途径,（一）秸秆板材料秸秆板是以麦秸和稻草为原料，模拟木质刨花板和中密度纤维板生产工艺制成的性能介于刨花板和中密度板之间的一种人造板材。,秸秆的特性使得生产中遇到秸秆材料的胶结问题：一是由于秸秆表面含有硅质，常用的脲醛树脂胶和酚醛树脂胶难于使其胶合，故需采用异氰酸酯胶黏剂，但由此会带来粘板问题，一般可用添加内脱模剂、采用外脱模剂、板柸上下表面覆上隔离纸等方法解决。二是为了防止热压时粘板并获得木材感觉的外观，采用芯层用秸秆粉碎、表层用木碎料或木纤维的制作方法。,（1）斯强板，又称稻草板，是以植物秸作原料，不添加黏结剂，不需要切割粉碎，直接在成型机内加热挤压的方式形成密实的板柸后，再在表面上一层各种材质的“护面纸”而制成板材。,（2）玉米板：黏粘剂为异氰酸酯，采用喷胶法。,（二）秸秆建筑材料,秸秆建筑材料是指以农作物秸秆为原料，通过重组方法制成的多种结构形式的墙体材料。重组工艺为：挤压法平压法模压法,（三）秸秆包装材料,秸秆包装材料主要包括包装板材和包装枕垫两大类。包装枕垫制造原理为：将收割后晒干的稻草加工成一定长度的稻草束，添加专用胶粘剂后，铺装成板柸，预压后，热压成厚度为80mm的板块，再切割成80mm宽的枕垫条。,（四）秸秆模压器具,秸秆模压制品是指以农作物秸秆为原料，用一步模压成型法直接制成的产品，如桌面、凳面、托盘、家具构件及建筑构件等。需要解决3个问题：碎料加工问题脱模问题产品结构稳定性问题,第二节可降解塑料的转化-聚乳酸,乳酸为一元酸，生产方法有发酵法和化学合成法。发酵微生物有：根霉（真菌）乳酸菌及部分芽孢杆菌（细菌）聚乳酸的突出优点是具有生物降解性。,一、生物质的乳酸发酵,（一）乳酸菌特征及其分布乳酸菌是一类能从可发酵碳水化合物（主要指葡萄糖）产生大量乳酸的细菌的统称。基本特征：细胞为革兰氏阳性；细胞形态呈球状或杆状；过氧化氢酶为阴性；消耗的葡萄糖50%以上产生乳酸；不形成芽孢；不运动或极少运动；分解蛋白质，但不产生腐败产物；脂肪分解能力较弱。,（二）乳酸菌的发酵特性,乳酸菌为化能异养型微生物，代谢活动需要单糖，来获取生命代谢需要的养分及能量。乳酸菌的发酵作用依据代谢途径和产物的差异，划分为：同型乳酸发酵异型乳酸发酵,同型乳酸发酵是指葡萄糖经糖酵解途径几乎变成100%的乳酸，即,二、聚乳酸的转化机理与工艺,（一）聚乳酸介绍聚乳酸是目前研究应用相对较多的一种具有生物降解性，相溶性和可吸收性的高分子聚合物，属于脂肪族聚酯化合物，它是由乳酸作为单体制备得到。,（二）PLA的合成方法及原理,PLA的合成大致可分为间接合成二步法、直接合成二步法。1、间接合成二步法,2、直接合成法,聚合物的分子量随反应时间延长而增加，反应速度较慢。,（1）溶液聚合法使用不参与反应、能溶解聚合物、能与水形成共沸的有机溶剂，在溶液状态下形成共沸回流聚合。（2）熔融聚合法以乳酸为原料，直接加热进行缩聚反应。（3）固相聚合法（4）共聚改性法,（三）PLA应用进展,1、PLA在生物医学上的新进展作为药物载体、骨科固定剂组织修复材料、外科缝合线及生理卫生材料。2、PLA作为纤维材料的应用进展PLA纤维介于天然纤维和合成纤维之间。3、PLA作为通用塑料使用的进展PLA具有完全生物降解性、强度高等特点。,第三节木糖醇的转化,一、木糖醇简介木糖醇为五碳糖醇，广泛存在各种果蔬中，但含量较少，而玉米芯、稻壳及甘蔗渣等富含半纤维素的植物原料是其良好来源。木糖醇是以农业废弃物为生产原料，采用高新技术生产的实用价值很高的化工产品。木糖醇是广泛应用于化工、医药食品等的重要化工原料。,二、木糖醇的一般特性,（一）木糖醇的物化特性清凉感。不产生美拉德反应。吸湿性。不易发酵，是微生物不良培养基。,（二）木糖醇的功能特性,可作为糖尿病人的甜味剂。可预防龋齿。可改善肝功能。抗酮体作用。具润肺、预防呼吸道感染的作用。对双歧杆菌的增值作用。,三、木糖醇的生产,木糖醇的生产方法：直接萃取化学合成生物转化,（一）发酵法生产木糖醇的微生物菌种,能利用木糖的微生物种类不多，在细菌、霉菌和酵母中具有发现。,（二）半纤维素原料的前处理,采用发酵法生产木糖醇前需对半纤维素原料进行前处理，目的有二：其一是通过前处理和酸水解降低纤维晶体分子聚合度，改变分子空间构型，使其易于进行酶促反应；其二是通过脱毒去除有害物质，提高水解液发酵性能。,前处理技术主要包括：粉碎水洗蒸汽爆破氨处理半纤维素水解过程的酸催化剂以盐酸活性最好，但因其腐蚀性和挥发性大，故多采用硫酸。另外水解过程中会产生对微生物有毒的物