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    应用化学研究主要研究领域包括可再生资源利用、生物能源工程、发酵工程与技术、生物反应器、代谢工程等。目前,本所的主要研究方向包括:
(1)生物酶法催化动植物油脂生产生物柴油
    化石能源如石油和天然气是当今世界的主要能源。然而,化石能源储量十分有限。根据国外能源机构预测,全世界石油可采资源的总量大约为 4100 亿吨,现已累计探明石油可采储量 2400 多亿吨,剩余石油可采储量为 1400 多亿吨。中国已探明石油可采储量约 65.1 亿吨,人均占有石油可采储量仅为世界平均水平的六分之一。随着未来经济的快速发展和能源结构的调整,中国对石油的需求还会增大。另外,化石能源燃烧后产生的二氧化碳、氧化氮、氧化硫以及排放的黑烟等导致了严重的环境污染问题,如温室效应、全球气温变暖等。严重的能源危机和环境问题促使人们进行石油替代能源的研究和开发。
    生物柴油是指由动植物油脂(大豆油、菜籽油、棉籽油、动物油、废食用油等)同一些短链的醇(常用甲醇)在催化剂的作用下发生转酯反应后,生成的长链脂肪酸酯类物质。生物柴油具有可再生、环境友好、闪点远高于普通柴油等优点,因此作为化石能源的替代品备受各国关注。生物柴油的生产方法有化学法、超临界法和生物酶法。生物酶法具有反应条件温和、无副反应发生等优点,但具有酶容易失活,重复使用的周期短、酶制备的成本高等缺点,因此难以实现产业化。本实验室成功解决了常规酶法工艺技术瓶颈,脂肪酶的使用寿命较常规酶法工艺延长了数十倍。 2006 年末,本实验室与湖南海纳百川生物工程有限公司合作的年产 2 万吨的酶法生产生物柴油项目正式投产,建成了全球第一套酶法生产生物柴油的工业化装置, 受到了国内外同行和美国最大的生物柴油制造公司 REG 、美国知名工程公司 CHEMTEX 等的高度关注。针对酶法转化可再生油脂制备生物柴油的典型非水相酶催化体系,实验室还进行了有关非水相酶学有关理论与技术方面的研究。与此同时,实验室还开展了有关全细胞催化剂、微生物油脂在生物柴油制备中的应用基础研究工作。

具体研究课题:

  * 非水相酶催化理论与技术研究
  * 酶法转化油脂制备生物柴油工艺优化及酶促反应机理研究
  * 全细胞催化剂在甲醇解反应中有关理论与应用前景研究
  * 微生物油脂的基础应用研究
相关项目:
  * 国家自然科学基金“非水相 Rhizopus oryzae IFO4697 细胞催化油脂甲醇解反应过程中酰基转移及影响机理研究”;
  * 863 课题“酶法新工艺制备生物柴油研究”;
  * 教育部重大专项“酶法制备生物柴油产业化前期关键技术研究”;
  * 科技部国际合作重点项目“生物柴油制备过程中脂肪酶稳定性研究”;
  * 北京市专利实施基金“生物酶法转化废弃油脂制备生物柴油放大工艺技术开发”;
  * 清华大学青年基金“全细胞催化剂在生物柴油制备中的应用基础研究”;
  * 同 NOVOZYMES 、 SHELL 、康明斯及国内多家企业合作的横向合作项目。

(2)发酵法生产1,3-丙二醇
   1,3-丙二醇是一种重要的化工原料,主要用作单体生产聚酯材料。其与对苯二甲酸生成聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)具有良好的拉伸特性。此外,1,3-丙二醇也可以用作合成聚氨酯,润滑剂,溶剂以及用于制药工业。根据美国咨询公司ONDUX和Shell公司预测,近几年内PTT年产将达到百万吨,1,3-丙二醇的需求量也会因此增大。1,3-丙二醇可以通过传统的化学合成方法进行生产。工业生产方法有Degussa 公司的以丙烯醛为原料的方法和Shell 公司的以环氧乙烷为原料的方法。此外,1,3-丙二醇可以由微生物发酵生产。但目前报道的微生物发酵生产1,3-丙二醇基本都是在厌氧或微氧条件下进行的。本实验室筛选了能在好氧条件下利用甘油生产1,3-丙二醇的优良菌株,将厌氧发酵过程改为好氧发酵过程,简化生产工艺同时降低生产成本,从开发了从发酵液中提取1,3-丙二醇的新工艺,并突破了杜邦公司专利的限制,实现了发酵法生产1,3-丙二醇的产业化。目前,实验正在开展基因工程改造菌种等方面的研究,以期进一步降低发酵法生产1,3-丙二醇的成本。

具体研究课题:
  * 菌种改造和选育
  * 发酵过程控制及工程放大
  * 细胞生理代谢及调控
  * 1,3-丙二醇产品分离及精制

相关项目:
  * 国家“十五”攻关项目:发酵法生产1,3-丙二醇
  * 国家“863”项目:1,3- 丙二醇的生物炼制技术

(3) 纤维乙醇及木质纤维原料的综合利用
   木质纤维素是自然界中最为丰富的有机物。据估计,植物体每年通过光合作用能产生高达1500亿吨干物质,其中纤维素、半纤维素的总量为850亿吨。在我国,每年产生的农业废弃物有7亿多吨,光作物秸秆就有5亿多吨,森林采伐加工剩余物1000多万吨,蔗渣400多万吨,而每年用于工业过程或燃烧的纤维素资源仅占2%左右,还有很大一部分未被利用。木质纤维原料可用于制浆造纸,同时木质纤维原料也是生物质原料的最主要组成。在利用木质纤维素生物转化生产酒精的过程中,由于原料结构相对致密,因而需要进行预处理以提高其纤维素酶解性能。采用有机溶剂对木质纤维原料预处理,不仅可以提高原料的酶解性能,而且溶剂易于回收,副产物具有较高附加值。本实验与国际著名公司Shell 合作,采用有机溶剂对木质纤维原料进行脱木素研究,同时与清华大学核能与新能源研究院广泛合作,进行固态发酵生产纤维素酶,纤维乙醇生产等方面的研究。

具体研究课题
  * 有机溶剂脱木素制浆与预处理过程
  * 固态发酵技术生产纤维素酶
  * 纤维酒精生产

相关项目:
  * 国家 973 项目“新型固态发酵耦合过程传递规律和代谢调控”子课题
  * 欧盟第六框架计划课题之子课题-生物燃料示范项目(BEST)
  * 与SHELL公司合作项目“有机溶剂制浆”

 


   
 
   
 
   
   
   
   
 

 

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最近更新:2007年9月12日

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