生物可降解材料詳解演示文稿目前一頁\總數一百五十頁\編于二十點優選生物可降解材料目前二頁\總數一百五十頁\編于二十點2023/4/29無機生物材料生物降解材料概況生物降解材料是20世紀80年代后隨著環境、能源等矛盾的凸顯而發展起來的新型材料，作為一種可自然降解的材料，在環保方面起到了獨特的作用，其研究和開發已得到迅速發展，作為解決“白色污染”最為有效的途徑，已引起環境專家、材料學家及更多領域人士的關注。據美國ASTM（材料和實驗協會）定義：生物降解材料是在細菌、真菌、藻類等自然界存在的微生物作用下能發生化學、生物或物理作用而降解或酶解的高分子材料。3目前三頁\總數一百五十頁\編于二十點2023/4/29無機生物材料生物降解材料的種類與性能主要包括聚β-羥基丁酸酯(PHB)、聚羥基戊酸酯等，它們同屬于聚羥基烷酸酯(PHA)。其中，聚羥基丁酸是低毒材料，目前已被用于藥物控釋、縫合線和人工皮膚等。大多是在分子結構中引入酯基的脂肪族聚酯，其制備方法主要包括縮合聚合和開環聚合。由生物體內提取或自然環境中直接得到的一類大分子，具有良好的生物相容性和可降解性，但機械性能較差。天然高分子可降解材料微生物合成的可降解材料人工合成可降解材料4目前四頁\總數一百五十頁\編于二十點但高分子量的聚酯，只能通過開環聚合方法合成，因為縮聚反應受反應程度和反應過程中產生的水的影響，很難獲得高分子量的產物。目前已開發的主要產品有聚乳酸(PLA)、聚己內酯(PCL)、聚乙醇酸(PGA)、聚乙醇酸交酯、聚丙醇酸交酯、聚琥珀酸丁二酯(PBS)等。按照結構與組成，可分為天然蛋白質、多糖及其衍生物，此外還包括一些生物合成聚酯。典型的蛋白類、多糖類物質及其衍生物有膠原、膠、環糊精、淀粉、葡聚糖、殼殼糖、透明質酸、纖維素、海藻酸衍生物、硫酸軟骨素和肝素等。目前五頁\總數一百五十頁\編于二十點2023/4/29無機生物材料生物降解材料的可降解機理由于生物細胞增長而使聚合物組分水解、電離或質子化而發生機械性破壞，分裂成低聚物碎片生物物理作用微生物侵蝕導致材料分裂或氧化崩裂酶直接作用微生物對聚合物作用而產生新物質(CH4，CO2和H2O)生物化學作用生物降解材料的生物降解，是指生物降解材料在生物作用下發生降解、同化的過程。發揮生物降解作用的微生物主要包括真菌、霉菌或藻類，降解機理主要可分為3類：6目前六頁\總數一百五十頁\編于二十點2023/4/29無機生物材料生物降解材料的應用范圍生物降解材料的應用范圍環保領域水資源環境領域食品容器和包裝行業農林業方面醫學領域外科手術縫合線藥物緩釋劑骨固定材料人造皮膚7目前七頁\總數一百五十頁\編于二十點2023/4/29無機生物材料

生物降解材料發展趨勢聚羥基脂肪酸酯淀粉聚乳酸聚己內酯聚丁二酸丁二醇酯五大熱門可降解材料近年來比較活躍8目前八頁\總數一百五十頁\編于二十點最理想的生物可降解材料是利用可再生資源，即利用生物合成的方法得到的生物材料。這種生物材料可以被生物所重新利用，能夠降解，產物最好是二氧化碳和水，從而使這種材料的生產和使用納入自然界的循環。目前九頁\總數一百五十頁\編于二十點2023/4/29無機生物材料

生物降解材料發展趨勢淀粉及其衍生物因為生物降解性好，價格低廉而被改性作為填充塑料的重點，并且其接枝物在很多方面具有廣泛的應用前景。利用植物中的淀粉、纖維素和木質素等，以及利用動物中的殼聚糖、氨基葡聚糖、動物膠，以及海洋生物的藻類等，可制造有價值的生物可降解聚合物。高含量淀粉基聚合物則可以做為完全生物降解型聚合物。因而，將淀粉改性后，與聚己內酯等生物合成的降解聚合物共混，以此來提高材料的降解性和力學性能，已經成為當前生物降解材料研究的熱點之一。淀粉10目前十頁\總數一百五十頁\編于二十點淀粉應用2023/4/29無機生物材料11環保玉米淀粉牙簽淀粉的用途十分廣泛,可制作粘膠,塑料,食品等多種產品。如名菜豬肉燉粉條是用紅薯淀粉做的，龍口粉絲是用綠豆淀粉做的。淀粉牙簽一般是用玉米和綠豆的淀粉制成。

淀粉牙簽經濟環保，能避免大量森林資源被砍伐，它是國際綠色工業浪潮的必然產物，具有很強的市場潛力和競爭力。

目前十一頁\總數一百五十頁\編于二十點

生物降解材料發展趨勢由生物合成的聚乳酸可作為天然生物材料，它是由生物發酵產生的乳酸經人工化學合成而得到的聚合物，但仍保持著良好的生物相容性和生物可降解性，具有與聚酯相似的防滲透性，同時具有與聚苯乙烯相似的光澤度、透光性和加工性。2023/4/29無機生物材料聚乳酸12目前十二頁\總數一百五十頁\編于二十點

減少給藥次數和給藥量目前十三頁\總數一百五十頁\編于二十點2023/4/29無機生物材料生物降解材料存在的主要問題價格昂貴，不易推廣應用加工困難，尚未完全達到實用階段降解可控、回收利用等技術不足尚無統一評價方法和標準人工合成，工藝復雜、性能不穩定主要問題14目前十四頁\總數一百五十頁\編于二十點2023/4/29無機生物材料解決辦法1對生物降解塑料產品的應用和發展采取補貼政策，包括中央政府補貼和地方政府補貼。中央財政可采用科技攻關資金、貼息等補貼方式2對利用生物質原料生產生物降解塑料的企業，國家考慮采用低息貸款政策、技術改造專項貸款、信用擔保政策等來鼓勵產業發展3為促進行業發展應制定關稅優惠稅率。為鼓勵和扶持一些企業的發展，可以按照新的企業所得稅條例規定減免優惠政策15目前十五頁\總數一百五十頁\編于二十點生態環境材料的幾個方面

1.生物降解材料

2.綠色包裝材料

3.仿生材料生態環境材料目前十六頁\總數一百五十頁\編于二十點生態環境材料提出背景資源短缺能源過度消耗生態環境惡化目前十七頁\總數一百五十頁\編于二十點一、生態環境材料的定義資源、能源消耗少

環境污染小再生循環利用率高生態環境材料是指那些具有良好的使用性能和優良的環境協調性的材料。可降解化可循環利用生態環境材料:實質上是賦予傳統結構材料、功能材料以優異環境協調性的材料，它要求材料工作者在環境意識指導下，開發新型材料，或改進、改造傳統材料。目前十八頁\總數一百五十頁\編于二十點具有良好的使用功能

具有效高資源利用率對生態環境無副作用生態環境的三個重要特征生態環境材料是人類主動考慮材料對生態環境的影響而開發的材料。這就涉及材料的環境負荷。材料的環境負荷就是材料在其整個壽命周期中對人類的生存和生活環境的影響，這些影響主要是指資源、能源的消耗及污染環境的廢棄物的排放。在生態環境材料的開發中，包括從設計、生產、使用、廢棄、回收各個階段，都要考慮生態環境問題，力求降低材料的環境負荷。目前十九頁\總數一百五十頁\編于二十點生態環境材料的分類目前二十頁\總數一百五十頁\編于二十點

生態環境材料的幾個方面：純天然材料的開發和利用環境兼容性涂層材料汽車尾氣凈化用催化劑材料生物降解材料生態建筑材料綠色包裝材料仿生材料降低環境負擔性的材料加工工藝和技術目前二十一頁\總數一百五十頁\編于二十點1.生物降解材料降解材料：在材料中加入某些能促進降解的添加劑制成的材料、合成本身具有降解性能的材料以及由生物制成采用可再生原料制成的材料。生物降解材料：材料被真菌、霉菌和細菌等作用消化吸收的過程。完全生物降解生物破壞型材料生物降解材料目前二十二頁\總數一百五十頁\編于二十點

C—C鍵不能酶解與水解，要斷鍵除非光解與氧化，聚乙烯實際上只是成為碎片留存于土壤中。生物破壞型材料完全生物降解材料

多糖類天然高聚物主要有淀粉、纖維素、殼聚糖、木質素、果膠及它們的衍物。目前二十三頁\總數一百五十頁\編于二十點2.綠色包裝材料針對發展綠色包裝提出了“3R1D”原則，即Reduce（減量化），Reuse（重復使用），Recycle（再循環）、Degradable（可降解）。目前二十四頁\總數一百五十頁\編于二十點

食品包裝材料：殼聚糖物理特性：白色無定型、半透明、略有珍珠光澤的固體，分子量從幾十萬到幾百萬不等；N一脫乙酰度和粘度是它的兩項主要性能指標它們影響著殼聚糖的其他一些性質。另外，甲殼素和殼聚糖都具有復雜雙螺旋結構，它們的結構單元都是二糖。化學特性：殼聚糖分子鏈的糖殘基上既有羥基，又有氨基，因此，酰化反應既可以在羥基上發生，生成酯，也可以在氨基上發生反應，生成酰胺；殼聚糖可與多種有機酸的衍生物如酸酐、酰鹵等反應，導入不同分子量的脂肪族或芳香族酰基。目前二十五頁\總數一百五十頁\編于二十點3.仿生材料仿生材料：人工制造的具有生物功能、生物活性或者與生物體相容的材料。仿生物材料在生物兼容性的基礎上，從材料的制備到應用都與環境、人體有著自然的協調性。

目前二十六頁\總數一百五十頁\編于二十點組織工程材料：用于取代某些生物體組織器官或恢復、維持以及改善其功能的一類仿生物材料。常見的組織工程材料包括組織引導材料、組織誘導材料、組織隔離材料、組織修復材料和組織替換材料等。仿生智能材料：指能模仿生命系統，同時具有感知和驅動雙重功能的材料。目前二十七頁\總數一百五十頁\編于二十點定義：

生物質材料，是用木材、竹材、棉、麻及農業剩余物等天然植物纖維，與各種來源于植物資源、且可生物降解的生物塑料，如聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚己內酰胺(PCL)等，通過共混、擠出、熱壓、注塑等工藝，制備的生物質復合材料，是一種環境完全友好的生物質復合材料。

二、生物質材料概述目前二十八頁\總數一百五十頁\編于二十點29可降解塑料的生物合成第一節可降解塑料概述第二節PHAs的結構、物理化學性質和應用目前二十九頁\總數一百五十頁\編于二十點30第一節塑料廢物污染和可降解塑料二十世紀七十年代以來塑料工業得到迅猛的發展，無論是工業、農業、建筑業，還是人們的日常生活無不與塑料密切相關。化學合成塑料在自然環境中很難分解，亦不會被腐蝕，燃燒處理又會產生有害氣體，塑料垃圾對環境造成了巨大的危害。目前三十頁\總數一百五十頁\編于二十點31普通塑料對環境污染的特點成分為合成樹脂(1)污染范圍廣(2)污染物增長量快。全世界每年對塑料的需求量為1億噸。美國專家估計每10年產量將增加1倍。1995年我國的塑料需求量為600萬噸，其中對環境有威脅的地膜為88萬噸，包裝用品為150-200萬噸。美國、日本的塑料垃圾占垃圾總量的7%。目前三十一頁\總數一百五十頁\編于二十點32普通塑料對環境污染的特點-續(3)處理難。塑料具有耐酸堿、抗氧化、難腐蝕、難降解的特性，埋地處理百年不爛；燃燒時產生大量有毒氣體，如HCl、SOx、CO等。目前三十二頁\總數一百五十頁\編于二十點33普通塑料對環境污染的特點(4)回收利用難。塑料制品種類多，填料、顏料多樣，難以分揀回收再利用。(5)生態環境危害大。地膜降低耕地質量，農作物植株矮小，抗病力差。目前三十三頁\總數一百五十頁\編于二十點34研究和開發生物可降解塑料已迫在眉捷用可生物降解塑料代替部分石油化工合成塑料，禁用某些塑料制品如意大利已立法規定自1991年起所有包裝用塑料都必須生物可降解，我國也已開始考慮禁用塑料方便餐盒等不可降解的塑料制品。生物可降解塑料目前三十四頁\總數一百五十頁\編于二十點35國內外出現的生物可降解塑料PCL-聚已內酰胺;PVA-聚乙烯醇;PE-聚乙烯目前三十五頁\總數一百五十頁\編于二十點36生物可降解塑料的特點工藝簡單生產過程污染輕生物可降解性和生物可相容性可進行高分子材料的結構調整：控制營養、環境條件目前三十六頁\總數一百五十頁\編于二十點37第二節、PHAs的生物合成與應用采用微生物發酵法生產的聚-β-羥基烷酸(簡稱PHAs)，成為應用環境生物學方面的一個研究的熱點聚-β-羥基丁酸——PHB3-羥基丁酸與3-羥基戊酸的共聚物——P(3HB-co-3HV)或PHBV目前三十七頁\總數一百五十頁\編于二十點38PHAs除具有高分子化合物的基本特性，如質輕、彈性、可塑性、耐磨性、抗射線等外，還具有生物可降解性和生物可相容性。PHAs(聚-β-羥基烷酸)香波瓶100年９個月合成塑料PHAs原料降解目前三十八頁\總數一百五十頁\編于二十點39一、PHAs的結構、物理化學性質和應用多種微生物在一定條件下能在胞內積累PHAs(聚-β-羥基烷酸)作為碳源和能源的貯存物。由于PHAs具有低溶解性和高分子量，它在胞內的積累不會引起滲透壓的增加，是理想的胞內貯藏物，比糖原、多聚磷酸或脂肪更加普遍地存在于微生物中。PHAs的通式可寫成：單體數目目前三十九頁\總數一百五十頁\編于二十點40每個PHAs顆粒含有數千條多聚體鏈。這些多聚物的物理化學性質和機械性能如韌度、脆性、溶點、玻璃態溫度和抗溶劑性等與單體的組成有極大的關系。例如PHBV共聚物中β－羥基戊酸組分的增加可使熔點從180℃(PHB均聚物)降至75℃(PHBV共聚物中HV組分的摩爾分數為30~40%)。PHAs(聚-β-羥基烷酸)的結構、物理化學性質目前四十頁\總數一百五十頁\編于二十點41大多數有關細菌PHAs的物化性質的研究是針對PHB和PHBV兩種聚合物進行的。PHB是高度結晶的晶體，結晶度的范圍在55－80%，其在物理性質甚至分子結構上與聚丙烯(PP)很相似，例如熔點、玻璃態溫度、結晶度、抗張強度等，而比重大、透氧率低和抗紫外線照射以及具有光學活性、阻濕性等則是PHB的優點，見表7-2-1。PHAs(聚-β-羥基烷酸)的結構、物理化學性質-續目前四十一頁\總數一百五十頁\編于二十點42目前四十二頁\總數一百五十頁\編于二十點43PHB的工業化應用主要存在兩個缺點PHB較差的熔化穩定性，其分解溫度約為200℃，該溫度與其熔點相近(約175℃)；可通過在發酵過程中加入3HV的前體合成PHBV共聚體或將PHB與其它多聚物相混合使用來解決；在環境條件下貯存數日后，PHB易發脆。PHB的老化問題可通過簡單的淬火處理來較大程度地解決。目前四十三頁\總數一百五十頁\編于二十點44PHAs的應用shampoobottlesbicyclehelmet

目前四十四頁\總數一百五十頁\編于二十點45二、PHAs的生物合成合成PHAs的主要微生物合成PHAs的主要基質PHAs的代謝途徑與調控目前四十五頁\總數一百五十頁\編于二十點46PHAs的生物合成一合成PHAs的主要微生物1PHAs的發現及形成機制

PHB最初由Lemoigne于1925年首先發現。從巨大芽孢桿菌（Bacillusmegaterium)分離鑒定。闡明該菌形成芽孢時產生PHB。

20世紀50年代，發現PHB的生成量隨培養基中碳氮比的增加而增加目前四十六頁\總數一百五十頁\編于二十點47

能產生PHAs的微生物分布極廣，包括光能和化能自養及異養菌計65個屬中的近300種微生物。目前研究的較多的微生物：產堿桿菌屬(Alcaligeneseurophus,現在更名為Ralstoniaeutropha)假單胞菌屬(Pseudonomas)甲基營養菌(Methylotrophs)固氮菌屬(Azotobacter)紅螺菌屬(Rhodospirilum)（一）合成PHAs的主要微生物目前四十七頁\總數一百五十頁\編于二十點48表7-4各種微生物利用不同碳源合成PHVs的情況及水平比較目前四十八頁\總數一百五十頁\編于二十點49選擇工業生產PHAs的菌種考慮的因素：能利用廉價碳源的能力生長速率問題多聚物合成速率在細胞內最大量積累多聚物的能力目前四十九頁\總數一百五十頁\編于二十點50英國ICI公司進行考察，發現：固氮菌：產生多糖，PHB的比產率降低，技術問題。甲基營養菌：PHB產率中等。真養產堿桿菌：生長快，易培養、胞內PHB含量高、聚合物分子量大并能利用各種較經濟的能源。最終選擇了——

真養產堿桿菌（A.eutrophus）ICI——ImperialChemicalIndustries帝國化學工業公司目前五十頁\總數一百五十頁\編于二十點51真養產堿桿菌(Ralstoniaeutropha)為革蘭氏陰性的兼性化能自養型細菌積累PHB可達細胞干重的90%以上能利用糖加丙酸或戊酸產生P(3HB-co-3HV)改變基質該菌還能將4HB和5HV結合到3HB的結構中去，形成4HB或5HV單體與3HB的共聚物。采用帶有真養產堿桿菌PHB合成基因的重組大腸桿菌(E.coli)。工業化生產PHAs的微生物目前五十一頁\總數一百五十頁\編于二十點52帶有A.eutrophusPHB合成基因的重組E.coli成為新的選擇！！A.eutrophus重組E.coli1生長快，容易培養（培養條件簡單）2胞內聚合物含量高3聚合物分子量大4提取相對較困難5生產共聚物較容易，易調節共聚比6分子量分布控制較難7已有工業化產品1發酵周期短2胞內聚合物積累量大3胞內無聚合物降解酶，分子量大4易于提取5胞內聚合物顆粒大、結晶度高6能利用多種碳源7在復雜培養條件下，胞內聚合物才能高積累。8有較成熟的高密度細胞培養技術生產PHB(V)的A.eutrophus

和重組E.coli特點目前五十二頁\總數一百五十頁\編于二十點53二合成PHAs的主要基質1糖質碳源2甲醇3氣體（H2、CO2、O2

）4烷烴及其衍生物目前五十三頁\總數一百五十頁\編于二十點541糖質碳源

葡萄糖A.eutrophus的變異株利用葡萄糖已用于工業生產PHB。Kim等人采用細胞密度培養的方法，50h細胞濃度達164g/L，干細胞中PHB含76％，PHB生產強度為2.42g/(L.h)是目前世界上已報道的最高記錄.目前五十四頁\總數一百五十頁\編于二十點55重組E.coli

利用豐富酵母膏、蛋白胨的葡萄糖培養基培養，42h細胞濃度達117g/L，PHB占細胞干重76％，PHB生產強度2.11g/(L.h)降低成本，用合成培養基培養35h，細胞濃度為71.4g/L，PHB干重22.8％。即在合成培養基上不能大量積累PHB（乙酰CoA不足）。在合成培養基上加有機氮源，改進方法，細胞濃度達116g/L，PHB干重達62.2％。目前五十五頁\總數一百五十頁\編于二十點56

蔗糖和糖蜜帶有穩定高拷貝數的pSYL104質粒的重組E.coli

能利用蔗糖生產PHB。在含蔗糖的合成培養基中采用恒定pH的分批補料方式培養48h，細胞濃度達124.6g/L,PHB濃度34.3g/L。加有機氮可以改善。利用糖蜜原料有困難：雜質多，PHB難積累。需精制后使用。目前五十六頁\總數一百五十頁\編于二十點572、甲醇甲醇是最便宜的基質之一，ICI擁有生產甲醇單細胞蛋白的技術經驗，曾考慮用甲醇作基質生產PHB。甲醇菌積累PHB含量不高，PHB回收成本大，獲得的PHB的分子量較小，故放棄該路線。但可以作為尋求新的菌種和開發更有效的培養方法的途徑。目前五十七頁\總數一百五十頁\編于二十點58目前五十八頁\總數一百五十頁\編于二十點593、氣體H2/CO2/O2真養產堿桿菌等一些爆鳴氣細菌能利用H2/CO2/O2產生PHB，其中H2作為能源，CO2是碳源。以H2作為基質按其價格和產率而言(見表1)在經濟上是劃算的，且H2又是一種干凈的可再生資源。可以同時解決兩個嚴重的環境污染問題：溫室效應及廢棄的非降解塑料對生態環境的危害。安全性問題：解決混合氣體爆鳴的安全問題和氣體的循環利用問題。控制基質氣相中氧的濃度低于氣體爆炸的下限(6.9%)是安全的。目前五十九頁\總數一百五十頁\編于二十點604、烷烴及其衍生物假單胞菌能利用中等鏈長的烷烴或其衍生物醇、酸等產生中等鏈長羥基烷酸的共聚物(PHAMCL)，共聚物中單體的組成與基質碳架的長度有關。以辛烷作基質連續培養食油假單胞菌(P.oleovorans)，穩定態細胞濃度11.6g/l，PHA的生產強度為0.58g/L·h，目前六十頁\總數一百五十頁\編于二十點61（三）PHAs的代謝途徑與調控PHAs的產生機理微生物在碳源過量而其他營養如氮、磷、鎂或氧不足時，積累大量PHAs作為碳源和能源的貯存物，或作為胞內還原性物質還原能力的一種儲備。當限制性營養物再次被提供時，PHAs能被胞內酶降解后作為碳源和能源利用。目前六十一頁\總數一百五十頁\編于二十點62

胞中積累的PHAs存在形式以單個粒子的形態存在，每個細胞含有的顆粒數量的大小隨微生物種類而不同，在Ralstoniaeutropha中，每個細胞含有8-10個顆粒，每個顆粒直徑大小為0.2-0.5μm；以非晶體形式存在。具有高度的折光性，顆粒外面包裹著一層膜，沒有生物膜那樣的典型雙層結構，膜中含有PHAs合成酶的降解酶系統。目前六十二頁\總數一百五十頁\編于二十點63PHAs的代謝途徑

不同微生物合成PHAs的途徑不同，基質不同其合成途徑也有差異(圖7-2)。①真養產堿桿菌及多數細菌從糖合成PHB；②深紅紅螺菌從糖合成PHB；③食油假單孢菌等從鏈烴、醇及酸合成具有與基質鏈長有關的HA單位的PHAs；④一株產堿桿菌從長鏈偶碳脂肪酸合成PHB；⑤銅綠假單孢菌等從糖質碳源(如葡萄糖酸)合成具中鏈HA單位的PHAs；⑥真養產堿桿菌等利用糖加丙酸合成PHBV。目前六十三頁\總數一百五十頁\編于二十點64基因重組細菌20世紀80年代后期開始將重組DNA技術應用于生物合成PHB，來自于多種細菌的PHA生物合成酶——PHA生物合成途徑的關鍵酶，已被在分子水平進行了詳細的研究，PHA生物合成酶基因已被克隆成功。3個實驗室獨立地將真養產堿桿菌H16的PHB生物合成基因phbA、phbB和phbC克隆并在大腸桿菌中表達。目前六十四頁\總數一百五十頁\編于二十點65基因重組細菌研究發現，在真養產堿桿菌中，PHA合成酶的結構基因排列在稱為phbC-A-B的一個操縱子上，分別編碼PHA合成酶、β-酮基硫酯酶和依賴于NADPH的乙酰乙酰CoA還原酶(見圖7-4)。目前六十五頁\總數一百五十頁\編于二十點66三、PHAs的發酵生產PHAs實現大規模工業化生產的主要障礙是生產成本。英國帝國化學公司(ICI)認為影響PHAs生產成本的主要因素有菌種原料操作方式提取方法目前六十六頁\總數一百五十頁\編于二十點67因而降低PHAs的生產成本主要措施(1)采用廉價基質(如CO2、H2和O2，甲醇，乙醇，葡萄糖及來自農業廢物的有機酸等)和提高產物對基質的產率系數，降低發酵原材料的成本；(2)提高生產強度(如選育高產菌株、采用合適的發酵生產方式等)，以降低操作成本；(3)改進提取、純化技術(如不采用價格昂貴的有機溶劑、簡化操作等)，以降低提取成本。目前六十七頁\總數一百五十頁\編于二十點68PHAs的流加發酵選定了較適宜的菌種、基質和提取方法后，要進一步降低PHAs的生產成本，最主要的關鍵在于采取適當的發酵方式，以獲得高的產物轉化率、高的產物濃度。采取適宜的發酵生產方式是提高聚合物的生產率和改進其質量的關鍵。目前六十八頁\總數一百五十頁\編于二十點69PHAs的流加發酵

在PHAs的生產中，通常采用分批發酵法和流加發酵法，有時用連續培養法來獲得高的生產強度。由于真養產堿桿菌只有在某種營養成份氮、磷或氧等缺乏而碳源過量的不平衡生長條件下才能大量積累PHAs，一般可將發酵過程分成兩個階段來進行控制：第一階段為菌體細胞的形成階段，在此階段微生物利用基質形成大量菌體，而多聚體PHAs的積累量很少；第二階段為多聚體形成階段，當培養基中某種營養耗盡時，細胞進入PHAs形成階段，在此階段PHAs大量形成而菌體細胞基本上不繁殖。目前六十九頁\總數一百五十頁\編于二十點70采用流加發酵法進行PHAs的生產時，可以在某些必須的營養成分成為生長限制性因素之前，對其進行定量流加，延長細胞的對數生長期，從而可以獲得較高的菌體濃度。目前七十頁\總數一百五十頁\編于二十點71減少菌體細胞在生長階段積累多聚體，也需通過流加法來控制，培養液中氨離子濃度不小于200mg/L，否則會降低共聚體的最終產率。在多聚體形成階段，限制氮源能刺激細胞積累PHAs，但氮源的完全缺乏會極大地損害微生物細胞的合成活性，所以將在PHAs合成階段以較低的速率限量流加氮源。與分批發酵中氮源完全缺乏相比，流加發酵細胞中的PHAs含量增加更快。PHAs的流加發酵目前七十一頁\總數一百五十頁\編于二十點72此外，與傳統的分批發酵相比，流加發酵通常具有染菌和退化的幾率小，可以獲得較高的轉化率，對發酵易實現優化控制等優點。目前七十二頁\總數一百五十頁\編于二十點731、采用流加培養法生產PHB（1）選擇限制培養基中的氮源作為流加控制的手段，可以提高PHB產率；（2）控制碳氮比相當重要。目前七十三頁\總數一百五十頁\編于二十點742、采用流加培養法生產共聚物P(HB-CO-HV)

聚羥基烷酸（PHAs）是一類具有廣泛工業應用價值的耐熱塑料，某些共聚物PHA比均聚物PHB具有更有用的熱機械性能，如PHB較脆和發硬，而HB和HV形成的共聚物PHA比PHB的硬度降低而韌度增加。目前七十四頁\總數一百五十頁\編于二十點75在共聚物P(HB-CO-HV)的生產過程當中，流加發酵比分批發酵具有明顯優勢。丙酸和戊酸是生產共聚物P(HB-CO-HV)所必需的基質，由于這些有機酸對菌體細胞具有一定的毒性，故采用簡單的分批發酵不可能獲得高產，采用流加培養法，可以避免由于培養基中有機酸的積累而使細胞活力受到損害，從而達到提高P(HB-CO-HV)產率的目的。目前七十五頁\總數一百五十頁\編于二十點76另外為了減少菌體細胞在生長階段積累多聚體，也需通過流加的方法來控制培養液中銨離子濃度不小于200mg/L，否則會降低共聚體的產率。目前七十六頁\總數一百五十頁\編于二十點77（三）流加培養條件對多聚體相對分子量的影響多聚體的相對分子量常常影響其質量和生物降解的速度。不同用途對生物可降解多聚體的平均相對分子質量大小要求不同，一般來說平均相對分子質量大且相對分子質量分布范圍窄的多聚體具有更廣泛的工業應用前景，并且提取也較為方便。目前七十七頁\總數一百五十頁\編于二十點78

多聚體的平均相對分子量大小受流加培養條件的影響。當培養條件恒定時，其平均相對分子量也保持相對恒定，因而只要控制適宜的流加培養條件，就可以將相對分子量控制在所需的范圍之內。目前七十八頁\總數一百五十頁\編于二十點79

對于共聚物P(HB-CO-HV)而言，由于大多數微生物即使在氮源和磷等因素不受限制的細胞生長階段也能在胞內積累少量的PHB，因而在加入任何能激發其形成共聚體的基質時，菌體胞內已含有一些均聚物PHB，因而得到的是各種HV單體含量的共聚體的混合物。目前七十九頁\總數一百五十頁\編于二十點80

為了得到更均質的共聚體，在共聚物P(HB-CO-HV)的積累階段開始時，應先使培養物處于碳源饑餓狀態，這樣使細胞內源PHB的量大大降低，得到的共聚物也就較為均一。目前八十頁\總數一百五十頁\編于二十點81另外，共聚體中HB/HV單體比例依賴于流加過程中糖/丙酸或者丁酸/戊酸的比例，且基質流加速率應小于其最大可能的利用速率，以避免對細胞有毒性的基質的積累，確保產生的共聚物具有恒定的HB/HV比例。目前八十一頁\總數一百五十頁\編于二十點82第四節PHAs的提取PHB的提取涉及到兩個方面的問題：一是方法的合理性，主要表現在提取率、產物的純度，提取過程是否對PHB的結構產生影響，以及是否方便操作，預后處理是否復雜、環境是否污染等方面。二是過程的經濟性，表現在提取的材料的費用、能量的消耗和設備的投資等。目前八十二頁\總數一百五十頁\編于二十點83四、PHAs的提取技術有機溶劑法次氯酸鈉提取法酶法表面活性劑-次氯酸鈉法其他方法目前八十三頁\總數一百五十頁\編于二十點841.有機溶劑法對于由真養產堿桿菌(Ralstoniaeutropha)生產PHB，研究初期通常采用的提取方法是有機溶劑法。包括:氯仿、二氯乙烷、1,1,2—三氯乙烷、乙酸酐、碳酸乙烯酯及碳酸丙烯酯等。原理：有機溶劑一方面能改變細胞壁和膜的通透性，另一方面能使PHB溶解到溶劑中，而非PHB的細胞物質(NPCM)不能溶解，從而將PHB與其它物質分離開來。具體操作步驟如圖7-5所示。目前八十四頁\總數一百五十頁\編于二十點85圖7-5有機溶劑提取PHB的過程示意圖目前八十五頁\總數一百五十頁\編于二十點86(1)當溶劑中含有超過5%(w/v)的PHB時，溶液變得很粘，要去掉細胞的殘余物就變得很困難；(2)提取率難以達到很高；(3)使用大量的有機溶劑；(4)造成嚴重環境污染，操作不便。優點：引起PHB的降解非常小，得到PHB的純度非常高。因此，用有機溶劑提取PHB通常作為一種實驗室方法。有機溶劑的方法的缺點目前八十六頁\總數一百五十頁\編于二十點872次氯酸鈉提取法次氯酸鈉能夠破胞且對細胞中的非PHB的細胞物質的消化很有效，因而用該方法破胞所得產品的純度較高、提取速度快，避免了有機溶劑提取過程中繁瑣的前、后處理工作。但是PHB分子量只有原來的一半。具體操作過程見圖2。目前八十七頁\總數一百五十頁\編于二十點88圖2次氯酸鈉提取PHB過程示意圖目前八十八頁\總數一百五十頁\編于二十點89次氯酸鈉提取法優點：不使用大量的有機溶劑。缺點：次氯酸鈉對PHB分子有嚴重的降解作用，因而所獲得的PHB的分子量較小。目前八十九頁\總數一百五十頁\編于二十點90次氯酸鈉/氯仿提取法

改進：根據氯仿提取時PHB純度高且被降解程度小，而次氯酸鈉對非PHB細胞物質消化很有效的優點，結合PHB疏水親油物質，而細胞膜具有親水性的特點的原理，發明了用分散的次氯酸鈉/氯仿提取PHB的方法。目前九十頁\總數一百五十頁\編于二十點91

冷凍干燥的菌體+次氯酸鈉+氯仿破壁離心分離氯仿相中加入非溶劑物質使PHB沉淀離心過濾分離烘干成品目前九十一頁\總數一百五十頁\編于二十點92在該方法中次氯酸鈉主要起破胞作用，而氯仿則對破胞產生的PHB起保護作用，因而不但可得到較高純度的PHB，而且PHB被次氯酸鈉降解的程度大大降低。同時由于破胞較完全，因而可以獲得較好的提取收率。目前九十二頁\總數一百五十頁\編于二十點93優點：提取率較高，得到的PHB的分子量較大。缺點：需要大量的有機溶劑，并且操作復雜，限制了工業化生產。目前九十三頁\總數一百五十頁\編于二十點94三、酶法基本原理與次氯酸鈉法相似，即讓大量的NPCM溶解而PHB不溶解，從而達到分離提純的目的。但是由于NPCM通常包括核酸、類脂物、磷脂、肽聚糖以及蛋白質等物質，因此實際上是通過多種酶的多步或協同作用來達到消化NPCM的目的。目前九十四頁\總數一百五十頁\編于二十點95

單獨的使用酶來消化細胞中的雜質物質，所得到的PHB的純度不高，往往要結合其他的方法，例如再用表面活性劑處理，才能得到較高純度的PHB。該法包括細胞的熱處理、酶處理和陰離子表面活性劑處理等步驟，因此操作十分復雜。目前九十五頁\總數一百五十頁\編于二十點96

由于細胞雜質成分比較復雜，特別是酶作用的條件比較苛刻，需要處理的步驟較多、操作較為復雜，因此酶法的應用在提取成本、過程放大方面受到了很大的限制。目前九十六頁\總數一百五十頁\編于二十點97四、表面活性劑/次氯酸鈉法

基本原理：當表面活性劑濃度較低時，其單個分子進入到細胞膜的磷脂雙層中；隨著表面活性劑濃度的增加，更多的表面活性劑分子結合到磷脂雙層中，細胞膜的體積就會不斷的增大；一旦磷脂雙層中的表面活性劑飽和，再增加表面活性劑就會使細胞膜收到破壞，表面活性劑與磷脂形成大量的膠團，胞內PHB物質釋放出來。目前九十七頁\總數一百五十頁\編于二十點98

冷凍干燥菌體表面活性劑破胞離心過濾分離次氯酸鈉洗滌離心過濾分離水洗離心過濾分離烘干產品目前九十八頁\總數一百五十頁\編于二十點99

該方法能夠比較方便的實現在水相中提取PHB，這是它的突出優點，但要使用大量的表面活性劑，而且次氯酸鈉的使用不可避免的造成了PHB的降解。目前九十九頁\總數一百五十頁\編于二十點100五、其他方法

基因工程技術重組大腸桿菌生產PHB的方法，用氨水從這類細胞中提取PHB就是其中的一種方法。目前一百頁\總數一百五十頁\編于二十點101各種提取PHB的方法比較目前一百零一頁\總數一百五十頁\編于二十點102（一）降解機制1胞內降解胞內PHB的代謝是個循環過程。圖7-9中第四步到第七步是降解過程。首先(第四步)胞內無定形PHB顆粒在解聚酶作用下降解，形成單體和二聚體的混合物。二聚體隨之在二聚體水解酶作用下形成單體。五、PHAs的生物降解目前一百零二頁\總數一百五十頁\編于二十點1032胞外降解

聚—羥基丁酸(PHB)的胞外降解有兩種機制，在無菌條件下通過水解進行。這種機制對于PHB在醫療方面的應用(如作為藥物的緩適載體、手術縫線等)特別重要。在自然環境中，是酶降解機制。許多細菌和真菌可分泌外解聚酶，有些甚至可以利用PHB作為唯一碳源生長。目前一百零三頁\總數一百五十頁\編于二十點104（二）PHB（聚—羥基丁酸）在環境中的降解影響PHB降解速度的因素較多包括環境類型：微生物種群及活力，水份，溫度塑料制品性質：厚度，表面組織形態，孔隙度，制品中的第二組分,如填充料、顏料在自然環境中，能降解PHB的微生物包括細菌、放線菌、和霉菌等。J.Mergaertd等在土壤中發現有295種微生物可降解PHB，包括105種革蘭氏陰性菌，36種革蘭氏陽性菌，68種放線菌和86種霉菌。目前一百零四頁\總數一百五十頁\編于二十點105

研究表明，在一定的范圍之內，PHB（聚—羥基丁酸）的降解速度與溫度呈正相關，其降解可以分為兩個階段。第一階段相對分子量下降；第二階段是相對分子量下降到13000后開始腐蝕。目前一百零五頁\總數一百五十頁\編于二十點106

環境中有許多微生物能降解PHB，但每種的數量不一定很多，活力不一定很高。當PHB出現在環境中后，經過一定的遲滯期，能降解的PHB的微生物會逐漸增多，活力升高，降解的速度增快。目前一百零六頁\總數一百五十頁\編于二十點107表7-10PHB（聚—羥基丁酸）在環境中的降解目前一百零七頁\總數一百五十頁\編于二十點108通常情況下，PHB厭氧降解比有氧降解快真養產堿桿菌在厭氧條件下，主要代謝產物是乙酸和R—3—羥基丁酸，乙酰CoA轉變成乙酸的同時生成ATP。而在有氧情況下，乙酰CoA完全分解成CO2和H2O，產生12個ATP。與PHB相比較，有較長側鏈的PHA在環境中降解速度較慢，因為低分子量的有機化合物離子化速度比結構復雜的要快，并且長側鏈的重復單元增加了PHA的疏水性，抑制或阻礙了微生物在聚體表面的生長。PHB（聚—羥基丁酸）在環境中的降解目前一百零八頁\總數一百五十頁\編于二十點109六、PHAs工業化和研究進展(一)影響PHAs工業化的因素(二)國內外研究PHAs的水平(三)研究進展目前一百零九頁\總數一百五十頁\編于二十點110(一)影響PHAs工業化的因素PHAs早在20世紀60年代就已引起了人們的廣泛關注在過去幾十年中，有數家公司一直在探索PHB工業生產的可能性。1962，Baptist在美國申請了有關PHB生產的專利。20世紀80年代初，ICI公司和奧地利生物技術有限公司等將微生物合成PHAs的研究推向試生產階段。目前一百一十頁\總數一百五十頁\編于二十點1111982年，ICI公司使用真養產堿桿菌突變株為生產菌種，以葡萄糖為惟一碳源，在35m3氣升環流反應器及200m3機械攪拌反應罐內試生產PHB成功，并以葡萄糖加丙酸為碳源生產聚β-羥基丁酸和聚β-羥基戊酸無序共聚物P(HB-co-HV)。PHB價格：33美元/kg→5.58美元/kg左右聚丙烯的價格(1美元/kg)降低PHAs的生產成本：菌種、發酵方式、提取方法。目前一百一十一頁\總數一百五十頁\編于二十點112目前一百一十二頁\總數一百五十頁\編于二十點113(二)國內外研究PHAs的水平國內外的研究內容主要集中于：①微生物菌種的改良；②發酵生產技術研究，流加發酵控制技術、高密度細胞培養技術；③新型反應器研制，提高傳氧效率、降低能耗；④產品提取工藝開發，降低成本，采用非有機溶劑提取方法。目前一百一十三頁\總數一百五十頁\編于二十點114國內外從事PHAs研究機構國外英國ICI公司、韓國現代科學技術研究所(KAIST)、奧地利生物技術公司和日本名古屋大學等。國內起步于20世紀80年代的中后期。中科院微生物所、山東大學、北京農業大學和無錫輕工大學等。中國科學院微生物所、清華大學生物系和化工系均已有批量生產技術。但在PHB提純方面，目前尚未達到應用水平。目前一百一十四頁\總數一百五十頁\編于二十點115(三)研究進展改性共聚官能化：如靠原子的引入有可能提高PHAs的絕緣性能，降低材料的表面張力，使PHAs有較高的潤滑性、耐熱性和耐油性。結構設計：不同的菌種、改變培養條件，可以調節PHAs的組成采用廉價底物構建自溶性PHAs生產菌種：噬菌體轉基因植物目前一百一十五頁\總數一百五十頁\編于二十點116植物生產PHB（聚—羥基丁酸）利用細菌發酵生產的PHB價格較高。為降低成本，人們研究利用植物資源生產PHB。相對微生物而言，植物更象一個大加工廠，更適于生產復雜、多樣且具特殊用途的塑料原料。目前，人們利用生物工程技術已將關鍵酶基因導入擬南芥、油菜和向日葵等植物中，從這些轉基因植物的細胞質或質體中獲得PHB。由于植物生產便于PHB的分離提純，降低了成本，因此，利用轉基因植物生產PHB使開發生物降解塑料前景廣闊。目前一百一十六頁\總數一百五十頁\編于二十點合成型：在分子的結構中引入具有酯基結構的脂肪族(共)聚酯，在自然界中酯基容易被微生物或酶分解。聚乳酸、聚己內酯(PCL)、聚丁烯琥珀酸酯(PBS)等。天然高分子型：利用生物可降解的天然高分子如植物來源的生物物質和動物來源的甲殼質等為基材制造的材料，植物來源包括細胞壁組成的纖維素、半纖維素、木質素、淀粉、多糖類及碳氫化合物，動物來源主要是蝦、螃蟹等甲殼動物。微生物合成型：以有機物為碳源，通過生物的發酵而得到的生物降解材料，主要包括微生物聚酯和微生物多糖。材料是含碳為主的聚合物，當其進入環境后，微生物可把其作自己的營養物質而分解、消化、吸收，通過發酵合成高分子酯，并將其以顆粒狀存在菌體內。目前常見的生物合成生降解材料有生物聚酯（PHA）和聚羥基丁酯（PHB）。目前一百一十七頁\總數一百五十頁\編于二十點三、二氧化碳合成可降解塑料一、環境友好材料及二氧化碳塑料產生的背景二、二氧化碳塑料的世界研發現狀三、中國的發展現狀及前瞻四、二氧化碳塑料的合成五、二氧化碳的后處理六、二氧化碳塑料與其他可降解塑料的比較七、二氧化碳塑料的應用難題八、市場分析目前一百一十八頁\總數一百五十頁\編于二十點環境友好高分子材料環境友好材料是指在原料采集、產品制造使用或再生循環利用以及廢料處理等環節中對環境負荷最小的材料，具有資源和能源消耗少、對生態和環境污染小、再生利用率高的特點。國內外在研發領域具有創新優勢的可降解塑料—二氧化碳聚合物。目前一百一十九頁\總數一百五十頁\編于二十點二氧化碳塑料的產生背景1、減少二氧化碳的要求目前全世界每年因燃燒化石燃料及水泥廠、煉油廠、發酵等生產過程產生的二氧化碳超過240億噸，其中的150億噸被植物吸收，每年凈增90億噸，由此導致大氣中二氧化碳的濃度每年增加1ppm(1999年已達345ppm)，造成了日益嚴重的溫室效應。而全球平均溫度在過去的100年中已經上漲了0.5℃，如果溫度升高5℃，洶涌的海浪將吞沒全球所有海岸線上的城市，還會出現連續不斷的全球性暴雨。目前一百二十頁\總數一百五十頁\編于二十點（2）減少白色污染并降低制備成本的需要在塑料得到廣泛應用的同時，伴隨塑料使用而來的“白色污染”也已經引起了世界各國的廣泛重視，在醫用和包裝材料等許多領域已經有使用全降解塑料的迫切需求。世界各國特別是西歐、美國、日本等發達國家，明令禁止使用一次性泡沫塑料包裝物，歐共體在1991年還提出，到1997年全都停止使用非降解塑料包裝物。世界各國已經采取很多應對措施都有一定缺陷，目前一百二十一頁\總數一百五十頁\編于二十點如在普通泡沫塑料中添加光降解成分，但光降解不易完全，殘留小碎片；又如對廢泡沫塑料進行回收，費時費力，回收率也難保證：再如采用紙制品能在部分場合滿足要求，但造紙過程又帶來很大污染；采用可降解塑料是個方向，但往往成本過高，難以普遍應用。目前一百二十二頁\總數一百五十頁\編于二十點二氧化碳基降解塑料二氧化碳基聚合物是以CO2和烴為原料共聚而成的新型塑料。其中CO2含量占31％～50％，可大大降低對上游原料一石油的消耗。CO2基聚合物使用后產生的塑料廢棄物，可以通過回收利用、焚燒和填埋等多種方式處理，廢棄的CO2基聚合物可以像普通塑料一樣回收后進行再利用；進行焚燒處理時只生成CO2和H2O，不產生煙霧。不會造成二次污染；進行填埋處理時，可在數日內降解。目前一百二十三頁\總數一百五十頁\編于二十點1.世界研發現狀與進展

二氧化碳降解塑料作為環保產品和高科技產品，美國、韓國日本俄羅斯和我國臺灣的科學家在二氧化碳聚合物領域進行了大量的研發工作。目前已批量生產的該類塑料有二氧化碳／環氧丙烷共聚物、二氧化碳／環氧丙烷／環氧乙烷三元共聚物、二氧化碳，環氧丙烷／環氧環己烷三元共聚物等品種。

目前一百二十四頁\總數一百五十頁\編于二十點

由二氧化碳制備完全降解塑料的研究始于1969年。日本油封公司發現，二氧化碳和環氧丙烷在催化劑作用下共聚可得到交替型脂肪族聚碳酸酯。這種聚合物具有良好的環境可降解性。美國在此基礎上通過改進催化劑，于1994年生產出二氧化碳可降解共聚物。國外開展該項工作的研究單位主要有：日本東京大學、波蘭理工大學、美國Pittsburgh大學和TexasA&M大學、日本京都大學j埃克森研究公司等。美國空氣產品與化學品公司和陶氏化學公司已合成出相應的產品。到目前為止，只有美國、日本和韓國等國家生產二氧化碳降解塑料，美國年產量約為2萬t，日本、韓國也已形成年產上萬噸規模。目前一百二十五頁\總數一百五十頁\編于二十點美國得州A＆M大學的化學教授DonaldJ．Darensbourg開發了由CO2生產塑料的工藝過程，包括從CO2生產聚碳酸酯，以及基于使用磷鋁金屬絡合物為催化劑生產環氧乙烷或氧雜環丁烷。德國和日本的化學家最新提出，將二氧化碳與另一種化學氣體混合，加入特殊的催化劑，可制成新的塑料材料。據悉，用新技術制造出的二氧化碳塑料比采用傳統方法生產的同類產品更加廉價和環保。目前一百二十六頁\總數一百五十頁\編于二十點2.中國的發展現狀及前瞻自20世紀90年代起，中科院廣州化學所、浙江大學、蘭州大學、中科院長春應化所相繼開展了二氧化碳固定為可降解塑料的研究，并取得可喜進展。中科院廣州化學公司完成二氧化碳的共聚及其利用——二氧化碳高效合成為可降解塑料的研究。從水泥窯尾氣中提取CO2，通過一系列工藝將其制備成食品級純凈度，作為原料用于全降解塑料生產，這項具有獨立知識產權，國內首創的全生物降解二氧化碳共聚物技術，為內蒙古蒙西高新技術集團與中科院長春應用化學研究所合作開發。建立了年產目前一百二十七頁\總數一百五十頁\編于二十點3000t共聚物生產線，在強制堆肥條件下5~60d內完全降解，產品主要包括CO2一環氧丙烷一環氧乙烷三元共聚物和CO2一環氧丙烷一環氧己烷三元共聚物，該聚合物具有全生物降解、透明、高阻隔性等特性，并于2002年12月開始陸續上市。河南天冠集團是我國燃料乙醇大型定點生產企業，該企業與中山大學合作,利用酒精發酵過程中產生的CO2為原料，在高效納米催化劑作用下和環氧丙烷高效合成聚碳酸亞丙酯樹脂(PPC)可降解塑料母粒。這種塑料具有生物和紫外線雙降解特性，堆肥可在3～6個月內降解。目前一百二十八頁\總數一百五十頁\編于二十點

產品的力學性能可滿足絕大多數應用場合，在一次性醫用和食品包裝材料方面用量很大，特別是低溫肉制品(一80℃)保鮮膜市場。還開發成一次性飯盒、發泡材料、兒童玩具。江蘇金龍綠色化學有限公司采用中科院廣州化學所專利技術，年產2000t脂肪族聚碳酸亞乙酯及基于該樹脂的降解型聚氨酯泡沫塑料產業化項目也通過了國家環保總局的鑒定，并列入江蘇省工業科技攻關項目。該項目以泰興黃橋境內CO2氣田為原料。利用該技術消耗1tCO2能生產約3t脂肪族聚碳酸亞乙酯樹脂，并生產出約6t聚氨酯泡沫塑料。該產品性能優異，不僅可以替代市場上的普通包裝材料和建筑用隔熱材料，而且可用作電器及環保要求高的包裝材料。目前一百二十九頁\總數一百五十頁\編于二十點二氧化碳塑料的合成從水泥窯尾氣中提取CO2，通過一系列工藝將其制備成食品級純凈度，再作為原料用于全降解塑料生，二氧化碳共聚物的數均相對分子質量達到l0萬左右，用稀土三元催化劑，使聚合反應時間從20小時縮短到8小時以內，8小時內催化劑活性達到50克聚合物／克催化劑，是世界最高水平。目前一百三十頁\總數一百五十頁\編于二十點二氧化碳是如何制成塑料第一關讓碳氧原子分開二氧化碳的組成元素就是碳和氧，碳是構成有機物(如塑料)的必要元素，如果能成功地使二氧化碳與其他化合物發生反應，它就可成為制塑的原材料。這一關已于1969年由日本科學家做到了，他首次通過一個名為二乙基鋅的催化劑為“第四者”，使碳原子和氧原子之間的雙鍵斷開或若即若離，碳原子“移情別戀”，放出電子與其他物質結合成可降解塑料。其后各國科學家又不斷發現了新的催化劑。目前一百三十一頁\總數一百五十頁\編于二十點第二關擴大催化接觸面科學家最初發現的催化劑成本很高，無法進行工業化開發。為了降低成本，科學家力求找到一個高效催化劑，目前最高催化效率已可達60~70克，但催化劑的價格更高。孟躍中走了另外一條路子，不再去尋找新的催化劑，而利用現有的催化劑，來增加它的催化效率。在化學上有個正比關系，就是催化劑與被催化物的接觸面越大，催化反應也就將會更加有效，這也好比我們所用電腦CPU上的散熱器，風扇的風力即使是一定的。但如果散熱的表面積越大，氣流對流越快，降溫的效果就越好。目前一百三十二頁\總數一百五十頁\編于二十點第三關分子與分子“握手”要使催化劑接觸面盡可能大，也就要使它的顆粒盡可能小，最好能夠實現分子與分子“握手”。而含氟的化合物是能夠溶解于液態的二氧化碳的。二氧化碳在高壓下會液化，如果把催化劑附在這種含氟的化合物身上，就能溶在二氧化碳中，那么催化劑也就能以分子狀態與二氧化碳的分子“握手”。通過這種方法，原來一顆催化劑表面積如果為1m2的話，處理后表面積起碼可以增加500倍，催化效率果然增加了近70倍，每噸成品的催化成本降到只需200多元。目前一百三十三頁\總數一百五十頁\編于二十點二氧化碳—環氧丙烷共聚物的合成CO2活化機理

CO2是一種弱酸性氧化物和較強的配位體。由于分子內有兩個3中心4電子π鍵的存在，故能與金屬原子之間以多種方式絡合。絡合物中CO2分子能以線型或彎型存在。通常與一個金屬原子絡合的形式有4種，與兩個金屬原子絡合的則有更多可能目前一百三十四頁\總數一百五十頁\編于二十點

將環氧化合物和稀土組合催化劑加入到預先干燥過的高壓反應釜內，然后通入5.5~6.0MPa

的CO2，在一定的溫度、壓力下，通過調節電機攪拌轉速，反應14h后，聚合得到CO2共聚物。在整個反應過程中要求確保無水、無氧，所用的原料也要經過干燥、精餾處理，經過檢測實驗，在達到反應要求后才能進行聚合反應。所得到的產品外觀為白色或透明的粒子，密度為1.24g／㎝3，玻璃化溫度為35~39℃，分子量在9~11萬之間,CO2單元質量分數為40％~42％，5％分解溫度為250℃，在強制堆肥條件下，5~60天分解，灰分小于0.7％。目前一百三十五頁\總數一百五十頁\編于二十點二氧化碳的后處理聚合反應結束后，將聚合釜內的CO2共聚物，放入回收釜中，把過剩的環氧丙烷及CO2回收到回收罐和氣柜中；再將回收釜中的聚合物通過水環切粒機進行切粒、洗滌后進行干燥，擠出，造粒，包裝，得到合格的CO2基全降解塑料母粒。目前一百三十六頁\總數一百五十頁\編于二十點生產工藝流程圖

目前一百三十七頁\總數一百五十頁\編于二十點二氧化碳降解塑料與其他降解塑料的比目前一百三十八頁\總數一百五十頁\編于二十點在國內推廣應用的難點（1）成本壓力大目前這些項目規模小，項目所用催化劑要么是稀土系催化劑，要么是納米催化劑，目前只能小批量生產，產量低、價格貴。此外，項目所需主要原料之一環氧丙烷和環氧氯丙烷價格也很高，再加上不菲的新產品推廣費用，導致二氧化碳基町降解塑料的最終成本在1．8萬元／t以上。在石油基塑料價格隨石油價格走低的情況下，二氧化碳基可降解塑料企業的成本壓力越來越大，已經影響到企業的正常經營。目前一百三十九頁\總數一百五十頁\編于二十點（2）需求小，銷售難二氧化碳基可降解塑料居高不下的成本，價格始終為石油基塑料的1