除此之外,二氧化碳还能制备些什么材料呢?
1、PPC
聚碳酸亚丙酯(PPC),又称聚甲基乙撑碳酸酯,分子式为(C4H6O3)n,是以二氧化碳为单体原料在催化剂(双金属配位PBM型等)作用下,被活化到较高程度时,与环氧丙烷发生共聚反应合成的一种完全可降解的环保型塑料。PPC树脂为淡黄色或白色或透明半固体或固体,易溶于丙酮、苯、氯仿、乙酸乙酯,溶胀于丙酮和乙醇的合理比例溶液,不溶于水、醇及醚类溶剂。
PPC结构式
它由二氧化碳和环氧丙烷在一定条件下聚合而成的一种聚合物,在反应过程中反应的温度和时间、CO2的压力、溶剂等都会对共聚反应产生影响。其中CO2的压力与共聚物的产率和分子量成正比,其最佳范围在0.1~1.5MPa之间。
2、淀粉
2021年9月,中科院天津工业生物技术研究所联合大连化学物理所等研究团队,通过生物酶催化反应,首次实现从二氧化碳到淀粉的人工合成。根据测算,理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量,相当于5亩土地玉米种植的淀粉产量,合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍。
这一重大原创科研成果一经发布,即受到全球广泛关注。普遍认为,虽然这一成果目前受限于成本等因素,距离产业化还有距离;但如果能进一步提高反应速率,降低成本和能源消耗,将对下一代生物制造和农业发展带来变革性影响,甚至可以以二氧化碳为原料生产淀粉和各种各样的化学品,建立一条以二氧化碳为原料的新的工业路线。
“从原理上进一步的优化,反应途径从11步缩短到8步,能量耗散也比此前更低了,成本大概降了有100多倍。”马延和透露。
▲二氧化碳人工合成淀粉原理图
目前,研究团队仍在致力于进一步优化反应原理,提升能源利用效率,降低成本。马延和表示,预计三年之内有望把高附加值的直链淀粉工业化,希望十年之内能够真正形成和农业种植相竞争的路线,助力我国粮食安全,服务双碳战略目标。
据悉,对于未来的进一步发展,该团队表示下一步的研究重点是提高PLA的细胞干重占比,拟将细胞干重的比例进一步提升到50%以上。
论文通讯作者陶飞表示,一方面,用蛋白质工程的方法对关键酶进行改造。“我们发现酶的催化性能存在一些问题,目前已经用 AlphaFold2 把它的结构预测出来了,正在进行深入的蛋白质工程研究。
另一方面,为工业化生产做准备。该团队希望能把细胞底盘的鲁棒性进一步提升,包括系列耐受性,例如耐高光、抗污染、耐盐等能力。此外,在产品中试之前,该团队还计划针对细胞的自絮凝进行相关研究。
对于该技术的未来发展,该团队也有清晰的规划。陶飞表示,“我们计划通过 3-5年的持续投入,进行中试和全链条的优化,将各方面指标提升至工业化水平。”
4、聚氨酯
该反应属于一步法本体聚合,只生成2种主要产物多元醇和碳酸丙烯酯,没有其他副产物,工艺是属于绿色环保的。从实验室的几毫升反应釜到现在千吨级的生产线,总共经历了6代,才有现在结果。