生物质催化转化与利用科研创新团队简介

<正>生物质催化转化与利用科研创新团队于2019年9月获批广东石油化工学院重点培育科研创新团队。团队现有成员7名,均具有博士学位,其中教授3名,副教授4名。团队具有极强的创新和服务意识,研究基础较好。团队带头人滕俊江教授是广东省"千百十工程"校级培养对象,应用化学省级特色专业负责人,广东省化工学会理事,中国化工学会精细化工青年学者委员会委员,获茂名市科技进步二等奖1项,发明专利授权2件,参编著作1部;主持广东省自然科学基金面上项目、国际科技合作领域项目以及广东提力新材料科技有限公司等企业横向项目5项,发表论文10多篇,其中三大索引收录6篇。团队主要研究领域及特色包括:(1)生物质基平台化合物及液体燃料的制备。通过构建多功能催化剂将纤维素、半纤维素、木质素等定向转化为高附加值平台化学品、液体燃料等,提高目标产物的选择性和转化效率,助力"碳中和"。(2)农林废弃物生物质催化转化。通过构建"催化剂-溶剂"体系将当地典型的荔枝渣、果壳、甘蔗渣等农林废弃物转化为生物油等,提升利用效率,助力"碳达峰"。(3)生物质基功能材料的制备及应用。通过化学修饰的手段将纤维素等生物质进行改性,获取环境友好的功能材料,用于水处理、油水分离等领域,扩大农林生物质资源的利用途径。(4) 3D打印用生物质基光敏材料的制备及应用。将具有可聚合官能团的生物质基平台化学品与光敏特性的组份进行组合,制备具有光敏聚合活性的树脂材料,拓展生物质下游产品在智能制造领域中的应用。     

典型塑料与生物质废弃物的共热解技术及高值化利用

塑料和生物质废弃物量大面广.在碳中和背景下，共热解技术被认为是将塑料和生物质高质转化和高值化利用的一个有前途的途径，是经济模式由“线性”转化为“闭环”从而实现环境可持续发展的重要转变之一.本文以“用后即弃”的聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料为代表，梳理了生物质与塑料共热解过程中的协同效应、影响协同效应的因素、共热解产物的高值化利用和共热解技术的环境意义，并对共热解技术在塑料和生物质废弃物资源化处置中的科学难题、技术瓶颈、政策缺失等进行展望.结果表明：相较于塑料或生物质单独热解，共热解可以显著降低热解过程中的能耗，提高热解产物的产量和品质.塑料和生物质废弃物在共热解过程中的协同效应是由于富氢塑料作为“氢库”向富氧生物质供氢，提高生物质热解产生的自由基的稳定性，促进共热解反应的彻底进行.原料类型及掺混比、热解温度、热解速率和催化剂的加入均对共热解的协同效应和产物分布产生显著影响，调整共热解技术中原料配比和热解条件可选择性制备目标产物.共热解产物包括生物质炭、生物油和热解气等，共热解显著提高生物质炭孔隙结构和稳定性，增强其固碳和减排性能；此外，共热解能够增强热解气和生物油的热值和稳定性，综合提高热解...     

微波热解木质生物质的研究进展

随着化石资源的日益枯竭及环境污染问题的日益严峻,开发与利用环境友好的可再生资源受到广泛关注。木质生物质微波热解具有反应速率快、易于控制、安全无污染等优点,但是存在产物分布不均和经济价值不高等问题,严重制约了生物质能的全面与高效利用。系统地介绍了木质纤维素组分的结构,详细阐述了木质纤维素各组分的热解机制,并比较了微波热解与传统热解的差异,探讨了微波热解的影响因素以及微波催化热解木质纤维素的产物分布。此外,介绍不同种类催化剂(碳基材料、分子筛、金属氧化物等)在促进生物质微波热解中的作用,可以高效转化木质纤维素,优化微波热解产物的种类分布,并促进选择性生产特定高值化学品,以实现木质纤维素的资源化和高值化利用。最后,对木质纤维素热解未来研究方向和技术发展进行了展望。     

不同生物质原料催化制备5-羟甲基糠醛的研究进展

生物质被视为一种潜在的丰富可再生能源,可用于生产能源、化学品和材料等,是传统能源的潜在替代品。5-羟甲基糠醛(5-hydromethylfurfural, HMF)是一种多功能、关键的可再生平台化合物,有许多潜在的应用,被誉为“沉睡的巨人”,可以由生物质衍生的碳水化合物生产。目前,制备HMF的原料主要是糖类化合物。深入讨论了HMF的合成机理以及己糖、多糖和其他生物质等不同来源的原料催化制备HMF方法的研究进展。以往的研究可以发现,葡萄糖转化为HMF大多选用路易斯酸催化剂,对于果糖则更注重于非均相催化剂的设计。多糖类最终水解为单糖进行转化,应同时注重多糖的水解以及单糖的转化,关键点仍是单糖的转化。最后对HMF原料未来的研究方向和催化剂的设计开发进行展望,以期为今后的深入研究提供理论支持。     

生物质基长链含氧燃料、化学品和材料的研究进展

随着化石能源的枯竭以及对环境问题的重视,人们越来越关注生物质能源利用的发展。生物质基长链化合物因富含多种官能团和多种结构,在制备高值化学品方面优于短链化合物,引起了国内外学者们的关注。大量研究表明,生物质基长链含氧化合物可用来制备燃料、聚合物电解质和可降解塑料。生物质基燃料聚甲氧基二甲醚(PODE)和三丙二醇单甲醚(TPGME)具有高十六烷值和含氧量,且能与柴油很好地混溶而备受关注。聚合物电解质作为锂离子电池发展的新方向,目前更多采用石油基作为聚合物基质,而天然大分子聚合物纤维素、木质素和淀粉同样能用来制备凝胶态和固态聚合物电解质。此外,以生物质为原料制备的聚乳酸(PLA)和聚丁二酸丁二醇酯(PBS)更容易被环境中的微生物降解并不产生其他影响。概述了PODE和TPGME的制备方法和燃烧特性,天然聚合物大分子制备凝胶态和固态聚合物电解质,以及PLA和PBS的合成路径及其化学改性等方面的研究进展,为今后制备生物质基长链含氧化合物及其他高值产品提供参考借鉴。     

氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌对硫代硫酸钠的代谢机理研究

首先利用含硫的温泉水,经一系列培养、分离和纯化得到了氧化亚铁硫杆菌(T.f)和氧化硫硫杆菌(T.t).然后,将2种菌投加至一定浓度的硫代硫酸钠,观察2种菌在不同溶解氧浓度下的生长情况和溶液中各种硫化合物的浓度变化.结果表明,T.f利用硫代硫酸钠的速度比T.t快,生长周期也比T.t长,但单个T.f细胞的代谢能力较T.t差;T.f和T.t利用硫代硫酸钠的代谢产物主要为硫酸根离子、连四硫酸根离子、二氧化硫和单质硫.2种菌对硫代硫酸根离子的代谢主要通过4条途径进行.提高溶解氧浓度能显著加快2种菌对硫代硫酸钠的利用速度.     

微界面强化反应技术

正南京延长反应技术研究院是由南京江北新区、陕西延长石油集团、南京大学、南京大学微界面技术团队四方合作共建的新型研发机构,致力于石化、能源、精细化工、环保等领域的多相反应微界面强化技术和应用。公司拥有60多名专业教授、博士、硕士组成的研发团队,同时配备有实际工程转化经验和丰富设计经验的工程团队,已经获得南京大学、南京大学微界面技术团队授权使用过程强化反应领域发明专利100项,其中欧美发明专利6项。     

催化剂在生物质水热碳化过程中的应用研究进展

在追求废弃物资源化利用的过程中,生物质转化技术受到广泛关注。水热碳化法目前被认为是将高含水率生物质转化为生物炭的最有效技术之一,其与传统的热解炭相比,获得的水热炭具有灰分低、热值高、比表面积大、吸附能力强等特点。然而,生物质原料的差异需要更高的能耗优化,以此提高水热炭产率和性能。添加催化剂可以克服这一问题,对提高原料的反应速率及水热炭热稳定性具有重要意义,但少有文献归纳总结催化剂在生物质水热碳化过程中的应用。将催化剂分为盐类、酸类、金属氧化物、沸石和组合催化5种类型,探讨添加催化剂对水热炭产率和理化性质的影响,分析各类催化剂的催化反应机理,总结其在水热碳化中的催化特点,并讨论了催化剂在生物质水热碳化中未来重点研究方向。     

生物质催化气化制氢技术研究

在人类面临严重的能源危机与环境污染的背景下,世界各国都在致力于对洁净能源氢的开发和研究,并取得了一定的研究成果。生物质气化制氢是一项富有前景的制氢技术,已引起了世界各国研究者的普遍关注。文章首先介绍了生物质气化制氢技术的国内外研究及应用现状,然后介绍了一种一体式生物质气化炉水蒸汽催化气化制氢的工艺流程,氢气体积的含量可达到50%以上。最后总结了这种工艺在各种制氢方法中,具有技术成熟、工艺简单,效率高等优点,有广阔的应用前景。     

微囊藻生物质性质对超临界水气化产氢的影响

微囊藻水华的常态化暴发致使每年产生大量难处理的高含水率废弃微囊藻生物质,超临界水气化技术可越过高能耗的脱水工艺实现其减量化、无害化处理及资源化利用。该文聚焦微囊藻生物质作为超临界水气化反应原料、在堆积及自然腐解条件下的初始含水率及腐解程度变化,明确生物质原料初始含水率及腐解程度等条件与超临界水气化产物的质量分布规律、产气产氢特性、以及能耗分析的作用关系。70%～96.15%范围内的含水率变化对微囊藻生物质SCWG产氢存在一定影响,在其脱水能耗允许程度内降低含水率能够有效改善处理效率及能源转化效率;微囊藻生物质15 d腐解程度时TOC约降低15%,而该阶段的产氢效率能够稳定维持在3.0 mol/kg左右。研究成果将为今后微囊藻生物质超临界水气化处理的高能效产业化应用提供必要的理论支撑依据。     

环保理念下绿色建筑施工废弃物低碳处理技术研究

绿色建筑虽然可以有效降低自然资源的能耗,但是对其施工废弃物的处理,依然存在碳化物排放量过高的现象,严重影响中国自然大气环境。针对上述问题,基于大气环保理念,提出一种绿色建筑施工废弃物低碳处理技术。该技术主要包括两方面内容:一是基于绿色建筑施工废弃物的特殊性,重新规划废弃物焚烧炉体结构,选择助燃气体,从炉体温度和空气流量两方面对焚烧工艺参数进行优化。二是对焚烧氧化尾气进行成分分析,利用催化净化技术,对焚烧气体中包括碳化物、氮化物等有害物质催化去除,减少对大气环境的影响,实现绿色建筑施工废弃物的低碳处理。采用绿色建筑施工废弃物低碳处理技术后,一氧化碳排放量比例下降57.4%,二氧化碳下降比例为49.5%,可以有效保护自然大气环境,实现废弃物低碳处理。     

Cu/MOF双功能催化剂催化乙酰丙酸制取γ-戊内酯的研究

传统化石能源的日益消耗引发了严重的能源危机和环境污染等问题,亟需开发和利用可再生能源。生物质因其资源丰富、成本低廉和清洁的特点,引起了人们的广泛关注。采用简单、高效的溶剂热方法构筑了一种金属有机框架封装金属Cu的新型复合材料,Cu/MOF-808,该催化剂中Cu原子锚定在Zr基金属有机框架MOF-808次级结构单元的缺陷位。Cu/MOF-808催化剂在较温和的反应条件下(140℃),以异丙醇为氢源,通过催化转移加氢路径,将生物质平台分子乙酰丙酸选择性加氢转化为γ-戊内酯,产率达到91.5%。溶剂影响因素结果表明,Cu/MOF-808催化剂在异丙醇中表现出最好的活性和选择性,远高于甲醇、乙醇和仲丁醇体系,主要得益于异丙醇优异的供氢能力。此外,Cu/MOF-808催化剂具有良好的稳定性和可重复利用性,在5次循环后仍能保持较高的催化活性和目标产物选择性。机理研究揭示了MOF锚定的高分散Cu金属位点和MOF中Zr簇的Lewis酸性位点的高效协同作用,促进了乙酰丙酸高效催化转化。     

17、应用离子动能质谱法测定末知化合物的结构

离子动能质谱技术(MIKES)在测定未知化合物结构方面开辟了一个新的途径。此法是利用质谱仪,在离子进入扇形电场以前,根据他们的质荷比选择离子。除能获得常规质谱法所能得到的资料外,该种新方法还可得到一些额外的分析资料。碰撞气体诱发裂变进一步扩展了该方法的用途。本文讨论了该方法的各项细节,并用两个化合物的实验结果分别加以说明。第一个化合物可能只含有碳、氢和氧,而第二个化合物则含有碳、氢、氧和硫。     

厨余垃圾堆肥过程中恶臭物质分析

恶臭污染已成为生活垃圾堆肥过程中的主要环境问题.以大类粗分后的厨余垃圾作为研究对象,利用嗅觉测定法和GC-MS分析了不同阶段堆肥尾气的臭气浓度和恶臭化合物的种类及其排放浓度,并对不同堆肥阶段臭气浓度和恶臭物质排放浓度的相关性进行分析.结果表明,厨余垃圾堆肥过程中共检测到43种挥发性有机物,其中含硫臭气物质5种,烃类化合物22种,芳香烃类化合物11种,其它物质5种.通过相关性分析,发现硫化氢、甲硫醇、1,3-二甲基苯和邻二甲苯与臭气浓度极显著相关(P<0.01),二甲二硫和对二甲苯与臭气浓度显著相关(P<0.05),因此在厨余垃圾堆肥过程中要对这6种臭气物质进行重点监测和控制.     

天津市循环经济与低碳发展人文社科重点研究基地发展成果显著

天津市循环经济与低碳发展人文科社重点研究基地是2010年经天津市教育委员会批准成立的。下设产业生态学与资源循环利用研究室、循环经济与低碳发展研究室和人口与资源环境研究室。我刊记者特别来到天津市循环经济与低碳发展人文社科重点研究基地,采访到近些年该重点研究基地围绕循环经济与低碳发展理论与方法、规划与政策、技术与标准等方面的研究内容。记者了解到,研究团队先后承担或完成循环经济与低碳发展相关国家科社基金重大项目2项、国家社科基金3项、国家自然科学基金6项,天津市科     

蚯蚓堆肥及蝇蛆生物转化技术在有机废弃物处理应用中的研究进展

有机废弃物处置不当引起的环境污染与潜在资源浪费已引起广泛关注,生物堆肥处理是解决有机废弃物污染与再利用的主要技术手段之一.蚯蚓堆肥和蝇蛆生物转化是废弃物生物处理与利用的两项代表性技术,不仅可将废弃物基质转化为均匀且稳定的类腐殖质化合物,同时收获丰富的虫体蛋白.本文在介绍蚯蚓堆肥和蝇蛆生物转化基本定义与原理的基础上,重点综述了两种技术的工艺过程与机制、影响因素与控制、以及废弃物生物质特性演变规律等;进而阐述了虫体生物量转化、肠道消化分解、生物酶降解、以及微生物区系等多重物理及生化机制共同实现有机废弃物减量化-增值化-稳定化处理的共性与差异,以及工程应用潜力与发展前景.     

北京大气气溶胶PM2.5中的有机示踪化合物

有机示踪化合物是大气污染源排放的特征化合物,是各类污染源排放的指示物种,在污染源识别和利用受体模型进行源解析中起着关键作用.本文研究采用衍生化预处理和GC/MS分析技术,对北京2002～2003年夏、秋、冬3个季节大气PM2.5样品中几类有机示踪化合物进行了定量检测,其中包括生物质燃烧源示踪物--左旋葡聚糖和β-谷甾醇,肉类烹饪等餐饮源示踪物--胆甾醇、化石燃料燃烧源示踪物--17α(H),21β(H)-藿烷类化合物,它们在北京各季大气中平均浓度分别为33.9 ng·m-3～116.7 ng·m-3,1.8 ng·m-3～10.7 ng·m-3,0.17 ng·m-3～2.9 ng·m-3,5.0 ng·m-3～13.8 ng·m-3.它们的季节变化规律还表明,生物质燃烧源和燃煤源分别在秋季和冬季对北京大气PM2.5污染有突出贡献.同时,还定性地检测到其它一些可能作为源示踪物的有机化合物,如甾烷类化合物,脱氢松香酸和邻苯二甲酸,值得今后深入研究.     

硫酸盐还原型甲烷厌氧氧化菌群驯化及其群落特征

甲烷的温室效应是二氧化碳的26倍,高浓度硫酸盐废水对水体、土壤和植物均有危害.硫酸盐为氧化剂的甲烷厌氧氧化是减少甲烷的主要途径之一.本研究以硫酸盐作为电子受体,驯化培养硫酸盐还原型甲烷厌氧氧化菌群,采用PCR-DGGE技术分析细菌和古菌菌群多样性和群落结构特征,并对其中的优势菌进行系统发育分析.DGGE指纹图谱结果表明,硫酸盐的加入使微生物群落结构和优势种群数量发生了明显的改变,其增强了甲烷氧化古菌和硫酸盐还原细菌的丰度,加入硫酸盐驯化的菌群,其细菌群落多样性增加而古菌群落多样性略微减少.典型条带测序结果显示,驯化后菌群的优势菌种主要包括螺旋体门(Spirochaetes),除硫单胞菌目(Desulfuromonadales)、甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales)和甲烷丝状菌属(Methanosaeta)等.驯化菌群的甲烷厌氧氧化研究结果显示,甲烷厌氧氧化的同时伴随硫酸盐的还原,甲烷的氧化产物为二氧化碳,硫酸盐的转化产物为硫化氢和硫单质.     

基于文献计量的生物质气化研究发展态势分析

生物质气化是实现生物质分布式开发和能源化转化的有效途径,用途广泛灵活性强,助力清洁能源系统构建,在世界范围内得到了广泛研究与应用。采用文献计量分析结合S型曲线及可视化工具,对2001-2020年Web of Science Core数据库中"Biomass gasification"主题的12034篇研究论文进行了定量分析。结果表明:生物质气化主题研究论文以稳定的年增长率从2001年的58篇增加到2020年的1517篇;发文量的S型曲线表明:生物质气化技术在未来的15年仍有很大的创新及发展潜力;中国的累计论文发表数量最多(3201篇,占全球总发文量的26.60%),在国际合作网络中占据核心地位,而欧美国家的发文质量相对更高;关键词共现及演进路径分析表明,生物质气化副产物的高值化利用、新型气化工艺的开发(耦合工艺、化学链气化)、对碳中和的潜在贡献及"能源、火用、经济、环境"综合效益评价成为新的研究重点。     

3BER-S耦合脱氮系统运行特性研究

为了强化三维电极生物膜脱氮工艺(3BER)的脱氮效果,将3BER与硫自养反硝化技术耦合成3BER-S工艺,用于低碳氮比城市污水厂尾水的深度脱氮处理.与3BER对比研究结果表明,3BER-S工艺在TN去除率、系统pH平衡能力和NO2--N积累方面均优于3BER工艺;当进水C(NO3--N)= 35±2mg/L,TOC:N:P=10.7:10:1,pH=7.0~7.5时,3BER-S耦合工艺对TN和NO3--N的去除效率分别为85%和94%,分别比3BER高15%和10%;出水中NO2--N的浓度为3.04mg/L,比3BER低2mg/L.3BER-S中硫自养反硝化作用定量分析表明,硫自养脱氮作用在整个脱氮过程中所占比例为14.07%,单质硫的有效利用率达到79.5%,硫自养反硝化过程对稳定3BER-S系统出水pH值起重要作用.根据3BER-S中微生物基于反硝化细菌特异性基因nirS的克隆文库结果,系统中反硝化细菌都与β变形菌纲中的细菌有较高的同源性,其中61.41%的反硝化细菌属于陶厄氏菌属(Thauera);脱氮硫杆菌和嗜酸菌属(Acidovorax)分别占3.50%和19.30%.表明当碳源比较充足时,3BER-S工艺的脱氮作用主要以异养反硝化过程为主,以单质硫和氢为电子供体的自养反硝化脱氮作用也占有一定比例.