木质素生物合成可降解包装材料聚羟基脂肪酸酯的研究进展

目的 通过对木质素生物合成聚羟基脂肪酸酯(PHAs)的研究,实现PHAs的低成本、规模化生产和木质素的高值化利用。方法 归纳分析现阶段国内外木质素降解菌及生物合成PHAs的主要菌种和目前存在的问题,介绍生物合成PHAs的木质素底物种类、合成过程中工艺优化策略的相关研究进展,同时总结PHAs在包装领域的相关应用。结果 木质素生物合成PHAs过程中,通过筛选木质素降解菌、培养PHAs合成菌、优化PHAs的合成工艺及影响因素,可有效提高木质素底物的转化率和PHAs的产量,从而降低生产成本。结论 木质素转化为PHAs的过程虽然面临着一些挑战,但随着技术的不断创新和生产工艺的优化,木质素为底物合成的绿色生物塑料PHAs在包装领域会有广阔的应用前景和发展空间,必将推动包装材料向绿色化、安全化方面发展。     

可降解包装材料聚羟基烷酸酯合成工艺及影响因素的研究进展

目的综述可降解包装材料聚羟基烷酸酯(Polyhydroxyalkanoates,简称PHAs或PHA)的主要合成工艺、影响PHA产率的因素及其在包装工业领域上的应用研究进展。方法通过对国内外的研究现状和研究成果进行分析总结,介绍PHA的主要合成工艺,微生物法合成PHA产量的影响因素及PHA在包装方面的应用。结果 PHA合成工艺、碳源种类和浓度、氮磷源浓度、pH值、溶解氧浓度和温度对合成PHA的产量有很大影响,其中碳源种类不同还会使形成PHA的单体及单体在PHA中的比例不同,形成具有不同性质的PHA。PHA因其性能的多样性而广泛应用于包装领域。结论优化PHA的合成工艺及影响因素,能有效提高PHA产量或降低PHA生产成本。目前,以真实废弃物为底物的活性污泥系统生产PHA的研究还不够深入,由于PHA作为可降解的包装材料在包装领域具有显著的发展前景,因此,优化PHA合成工艺和影响因素是今后值得关注的重点方向。     

聚羟基烷酸酯降解包装材料的生物合成及进展

目的综述聚羟基烷酸酯(Polyhydroxyalkanoates,PHAs)的生物合成工艺、影响因素及其在包装工业领域的应用研究进展,以期优化其生产工艺、降低生产成本、提高PHAs的产量。方法通过对近年来国内外研究现状和研究成果的分析和总结,介绍PHAs的生物合成工艺、影响PHAs产量的主要因素及在包装方面的应用。结论好氧瞬时供料法合成的PHAs产量高于微好氧-好氧工艺;底物种类、C/N值、pH值、溶解氧浓度和合成温度对生物合成PHAs的产量和成分比例都有很大影响;PHAs作为可降解材料在包装领域具有广阔的应用前景,未来的重点研究方向是优化PHAs的合成工艺和影响因素,降低其生产成本,提高产量和产品性能。     

聚羟基脂肪酸酯微生物合成过程的调制

微生物合成高分子材料因其有着突出的优点,尤其是其生产过程和产品对环境友好,而倍受关注.我们研究了微生物Pseudomonas stutzeri 1317合成聚羟基脂肪酸酯(PHAs)的分子结构调控.研究了培养基组成和培养条件对PHA合成的影响.以不同碳数的正烷酸为碳源,制得了不同单体单元组成的系列PHAs.考察了代谢控物丙烯酸对合成过程的影响.     

聚羟基脂肪酸酯(PHAs)的结晶行为与力学性能调控

聚羟基脂肪酸酯(PHAs)是目前唯一一种由微生物直接合成的生物基聚酯,能够实现材料合成、制品加工和回收降解的全周期绿色生态循环,因而在纺织纤维、包装材料、生物医用材料等领域有着潜在的应用市场。然而,PHAs自身也存在着结晶速率慢、球晶尺寸大和二次结晶等不利结构因素,限制了产品的应用性能。因此,重点从物理异相成核诱导、化学长链支化结构设计和外场多级牵伸诱导3个方面阐述PHAs结晶结构和力学性能的改性研究进展。首先,具有高耐热的无机纳米材料(如硫化钨)可显著提高PHAs异相成核能力;其次,长链支化结构可以提高PHAs熔体强度;再次,在多级牵伸诱导作用下,可协同诱导PHAs聚集态的晶型结构演变,从而获得强度高、韧性好的PHAs纤维。最后,对PHAs的研究和应用做出了进一步的展望。     

微生物螯合剂的合成及其条件优化研究

螯合剂被广泛应用在造纸、印染、食品等行业,化学螯合剂的不稳定性和毒性会对环境和人类产生危害,因此寻找一种绿色环保的新型螯合剂极为重要。利用微生物菌株WJ-3发酵合成铁载体螯合剂,采用单因子法,在摇床培养条件下,分别研究了不同的碳源、氮源、培养温度、摇床转速以及初始培养基的pH值,对菌株生长以及微生物螯合剂铁载体合成率的影响。研究发现:菌株WJ-3在固体和液体培养基中均能合成铁载体,在碳源为葡萄糖、氮源为酵母浸粉、温度为30℃、转速为180 r/min以及初始培养基pH值为7.0的发酵条件下,培养48 h后微生物产生的铁载体螯合剂的合成率可达64.12%;优化后的合成条件更加有利于微生物铁载体的合成。     

纤维素改性生物塑料聚羟基脂肪酸酯的研究进展

基于国内外的研究现状,综述了生物塑料聚羟基脂肪酸酯(PHAs)的改性方法以及纤维素改性生物塑料聚羟基脂肪酸酯复合材料的制备工艺。同时,针对每一种纤维素改性生物塑料聚羟基脂肪酸酯复合材料的制备工艺,具体分析了纤维素改性生物塑料聚羟基脂肪酸酯复合材料结构和性能的变化,指出了每种制备工艺的优缺点。纤维素改性生物塑料聚羟基脂肪酸酯复合包装材料将成为今后包装材料领域的研究重点,且实现绿色生产与进一步改善二者复合后的材料性能,将是实现产业化生产的关键。     

聚羟基烷酸酯的生物合成进展

聚羟基烷酸酯(PHAs)是一类非水溶性脂肪聚酯,具有优异生物降解性和相容性,其材料学性能近似于传统的石油基产品,因此应用领域广阔,发展速度很快。目前主要以生物合成为主,其中又分为细菌合成和基因合成。对PHAs近年来的生物合成方面的进展进行了总结,同时对PHAs的化学改性技术进行了介绍。     

外源有机碳对同步硝化反硝化过程N2O释放的影响

该文采用试验室自制SBR反应器,研究好氧颗粒污泥在不同碳氮比、碳源和碳源投加方式条件下氨氮、总氮去除率、SND效率和N₂O释放特性,寻求N2O减量化控制的方法。结果表明,同步硝化反硝化过程中,COD/N为5、7、9时,随着COD/N的提高,TN去除率提高,N₂O还原酶可利用电子增多,N₂O的释放量降低,以N₂O形式去除氮占总氮去除量的百分比由8.4%降至2.5%。COD/N为5、7、9时,碳源连续投加、以淀粉作为碳源的运行方式脱氮率、N₂O的减量化效果优于间歇式投加和葡萄糖碳源。另外,溶解氧浓度高于2.5mg/L时,溶解氧能完全穿透颗粒污泥,N₂O释放峰值出现在溶解氧低于1.5mg/L且碳源不充足时。     

绿色起爆药的研究进展

斯蒂芬酸铅和叠氮化铅等传统起爆药含有重金属,对环境污染大,其应用受到了很大的限制。绿色起爆药是一类不含铅、汞等重金属,具有一定安定性且爆轰性能优异的起爆药品种,是当前火工药剂研究领域里的热门课题之一。从绿色起爆药的合成、性能及应用等角度对其近年来的研究进展进行了综述,梳理了绿色起爆药研究的发展方向和趋势,指出今后研究的几点重要方向:努力探索、寻找新的合成线路,并优化其工艺条件,实现绿色起爆药安全化、规模化、稳定化制备;进一步建立、健全绿色起爆药理论设计、性能评估、演示验证等方面的规范和标准;继续开发新型绿色高能起爆药的设计、合成与应用基础研究,进一步改善起爆药的综合性能;设计和选择合适的配体与金属离子以及控制反应条件等因素,对系统研究高氮杂环配位化合物类绿色起爆药的结构与性能具有重要的意义。     

Economic and environmental analysis of PHAs production process

Following the growing demand to improve both economic and environmental performance of PHAs production, the research focused on the evaluation of the economic and environmental performance of PHAs production process via aqueous two-phase extraction (ATPE). Thus, the process analysis of two processes with different PHAs purification and recovery strategies (which are with and without thermoseparating ATPE as primary purification step) was performed. Using the basis of 9000 tons PHAs production per year and 7920 operating hours, the process with thermoseparating ATPE as primary purification step standout in terms of both economic and environmental performance. PHA production cost of 5.77 US$/kg with a payback period of fewer than 4 years and ROI of 25.2% was achieved. The results showed that most of operating cost is contributed by facility-dependent cost and raw material cost, while the main contributor to raw material cost is carbon source. The insight from sensitivity analysis has demonstrated that the economic performance is sensitive to the fluctuation in surfactant cost. This proved that utilizing thermoseparating ATPE as primary recovery step not only helps to reduce chemical consumption, it also minimizes downstream equipment cost and wastewater treatment cost.     

低碳化理念下茶一体式包装设计的探索研究

目的 为践行国家节能减排倡议与为中国的绿色发展做出贡献,探索低碳化理念下茶叶一体式包装的设计与应用,将传统文化与绿色环保材料相结合,为传统文化的传承与创新提供路径,提高茶叶产品的文化内涵与外在视觉表现。方法 首先通过分析当下茶包装现存的问题,并解构茶包装的各个生命周期;其次利用层次分析法对茶绿色包装低碳化设计进行研究,重构茶包装低碳化设计原型;最后依据分析调查大众当下对热销茶产品的包装设计元素的喜好,对包装材料、包装结构及包装视觉设计进行优化设计研究。结果 通过改良茶的外包装结构及对包装的回收再利用,拓展了探索低碳化设计研究的新方向,也验证了从产品包装生命周期与设计伦理理念出发,对包装材料与视觉信息简化设计以降低资源消耗的有效性。结论 低碳化理念下的茶包装设计在使用环保材料的同时,也在包装的视觉设计上使用带有中华文化元素的简洁设计,可在提高产品商业竞争力的同时,还起到传播传统文化的作用。     

Strategies of biosynthesis of poly(3-hydroxybutyrate) supplemented with biodiesel obtained from rice bran oil

The persistence of conventional synthetic plastic in the environment is increasingly considered as a source of ecological problem and has been motivated the research of biodegradable and biocompatible polymers. Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are thermoplastic polyesters synthesized by several bacteria and Cupriavidus necator is the known one. Due to the high production cost of PHAs, the use of a cheaper carbon source or nutritional supplements are required in order to reduce the production cost. The aim of this research was to investigate the influence of biodiesel of rice bran oil as a low cost nutritional supplement in cultures of C. necator in mineral medium on the cell growth and production of poly(3-hydroxybutyrate) - P(3HB). For this, C. necator was cultivated in shake flasks of 500 mL with 150 mL of mineral medium at 30 °C for 24 h in 150 rpm. Samples were removed each 4 h for evaluation. The results demonstrate that the addition of biodiesel of rice bran oil as nutritional supplement in the culture of C. necator was viable, since its addition allows a cell growth with substrate consume reduction. Besides, the P(3HB) yield was 61% and 150% superior when biodiesel was used compared to the control medium using 30 g L^? 1 and 15 g L^? 1, respectively.     

木质纤维素材料合成PHA预处理技术的研究进展

目的介绍木质纤维素材料的化学组成及结构,综述常见的木质纤维素材料预处理方法及其在合成包装材料聚羟基脂肪酸酯(PHA)方面的应用的研究进展。方法通过对国内外研究现状和研究成果分析总结,重点论述常见的木质纤维素材料预处理方法蒸汽爆破预处理、热水预处理、酸预处理、碱预处理、氨纤维爆破预处理、离子液体预处理、有机溶剂预处理等对木质纤维素材料糖化率的影响,及其在合成包装材料聚羟基脂肪酸酯(PHA)方面的应用。结果不同的木质纤维素材料和不同的预处理方法对最终产生的总糖含量及总糖内单糖种类和单糖占总糖质量分数产生很大的影响,其中将不同总糖(包含不同单糖种类和单糖占总糖的质量分数)作为碳源用于微生物发酵生产PHA,还会使形成PHA的单体及单体在PHA中的质量分数不同,形成具有不同性质的PHA,能广泛应用到包装领域中。结论关于国内外研究优化预处理和酶解工艺提高生成可发酵糖产量的研究有很多,热水预处理技术相较于其他预处理技术具有生产成本低、绿色环保等特点,因此,开发经济性好且适用于大规模工业化生产的热水预处理技术是今后值得关注的重点方向。     

Microbial Polyhydroxyalkanoates and Nonnatural Polyesters

Microorganisms produce diverse polymers for various purposes such as storing genetic information, energy, and reducing power, and serving as structural materials and scaffolds. Among these polymers, polyhydroxyalkanoates (PHAs) are microbial polyesters synthesized and accumulated intracellularly as a storage material of carbon, energy, and reducing power under unfavorable growth conditions in the presence of excess carbon source. PHAs have attracted considerable attention for their wide range of applications in industrial and medical fields. Since the first discovery of PHA accumulating bacteria about 100 years ago, remarkable advances have been made in the understanding of PHA biosynthesis and metabolic engineering of microorganisms toward developing efficient PHA producers. Recently, nonnatural polyesters have also been synthesized by metabolically engineered microorganisms, which opened a new avenue toward sustainable production of more diverse plastics. Herein, the current state of PHAs and nonnatural polyesters is reviewed, covering mechanisms of microbial polyester biosynthesis, metabolic pathways, and enzymes involved in biosynthesis of short-chain-length PHAs, medium-chain-length PHAs, and nonnatural polyesters, especially 2-hydroxyacid-containing polyesters, metabolic engineering strategies to produce novel polymers and enhance production capabilities and fermentation, and downstream processing strategies for cost-effective production of these microbial polyesters. In addition, the applications of PHAs and prospects are discussed.     

优化包装设计实现废弃物源头减量

目的通过优化包装设计减少无效供给,实现包装废弃物的源头减量,助力高质量发展中的绿色设计。方法以习近平总书记生态文明思想为指引,遵循新发展理念原则,通过优化包装设计达到包装废弃物资源有效利用及可持续发展,从设计源头开始把控后期大量废弃物的产生,避免资源进一步浪费,采取简约式多功能包装设计,避免过度包装,科学优化包装结构,改善外观形态和规格,有效降低生产成本,减少终端处理难度,降低环境危害性。结论生态文明思想是理性、科学、可持续的发展观,设计者不能过度依赖技术,须结合生态文明理念,在满足民众对美好生活向往的同时减少资源消耗,与生态环境友好共处。