关于生物可降解塑料课件
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生物可降解塑料ppt课件
78冷冻干燥菌体表面活性剂破胞离心过滤分离次氯酸钠洗涤离心过滤分离水洗离心过滤分离烘干产品79该方法能够比较方便的实现在水相中提取phb这是它的突出优点但要使用大量的表面活性剂而且次氯酸钠的使用不可避免的造成了phb的降80五其他方法基因工程技术重组大肠杆菌生产phb的方法用氨水从这类细胞中提取phb就是其中的一种方81各种提取phb的方法比较82一降解机制图79中第四步到第七步是降解过程
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PHAs的结构、物理化学性质-续
PHB较脆和发硬，但可通过与适量HV共聚而补偿。
随着 PHBV 中 HV 组分的增加，聚合物的劲度降低而韧性 增加，且共聚物的熔点随着HV组分的增加而降低，使得 较易对其进行热加工处理。 HV -β--羟基戊酸
单体 4HB 的聚合物或 3HB 与 4HB 的共聚物 P(3HB-co-4HB) 则是高弹体，且其生物降解的速度比均聚PHB或PHBV更 快。 HB -β--羟基丁酸
固氮菌：产生多糖，PHB的比产率降低，技术问题。 甲基营养菌：PHB产率中等。 真养产碱杆菌：生长快，易培养、胞内PHB含量高、 聚合物分子量大并能利用各种较经济的能源。 最终选择了——
真养产碱杆菌（A . eutrophus）
27
工业化生产PHAs的微生物
真养产碱杆菌(Ralstonia eutropha)为革兰氏阴性的兼性化
甲醇是最便宜的基质之一，
ICI 拥有生产甲醇单细胞蛋白的技术经验，曾考虑用甲醇
作基质生产PHB。甲醇菌积累PHB含量不高，PHB回收成
本大，获得的PHB的分子量较小，故放弃该路线。
但可以作为寻求新的菌种和开发更有效的培养方法的途径。
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PHAs的结构、物理化学性质-续
PHB较脆和发硬，但可通过与适量HV共聚而补偿。
随着 PHBV 中 HV 组分的增加，聚合物的劲度降低而韧性 增加，且共聚物的熔点随着HV组分的增加而降低，使得 较易对其进行热加工处理。 HV -β--羟基戊酸
单体 4HB 的聚合物或 3HB 与 4HB 的共聚物 P(3HB-co-4HB) 则是高弹体，且其生物降解的速度比均聚PHB或PHBV更 快。 HB -β--羟基丁酸
固氮菌：产生多糖，PHB的比产率降低，技术问题。 甲基营养菌：PHB产率中等。 真养产碱杆菌：生长快，易培养、胞内PHB含量高、 聚合物分子量大并能利用各种较经济的能源。 最终选择了——
真养产碱杆菌（A . eutrophus）
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工业化生产PHAs的微生物
真养产碱杆菌(Ralstonia eutropha)为革兰氏阴性的兼性化
甲醇是最便宜的基质之一，
ICI 拥有生产甲醇单细胞蛋白的技术经验，曾考虑用甲醇
作基质生产PHB。甲醇菌积累PHB含量不高，PHB回收成
本大，获得的PHB的分子量较小，故放弃该路线。
但可以作为寻求新的菌种和开发更有效的培养方法的途径。
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聚乳酸PLA生物可降解材料ppt课件
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
7聚乳酸材料的发展前景
2024/8/6
简而言之：发展前景广阔
国内 追求 国外
环保 绿色 可再生 低能耗 可持续
PLA
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4PLA的体外降解
聚乳酸的分解有两个阶段：经水解反应分解之后再靠微生物 分解
在自然环境中首先发生水解，通过主链上不稳定的酯键水解 而成低聚物，然后，微生物进入组织物内，将其分解成二氧 化碳和水。在堆肥的条件下（高温和高湿度），水解反应可 轻易完成，分解的速度也较快。在不容易产生水解反应的环 境下，分解过程是循序渐进的。
2 聚乳酸降解概述
2024/8/6
聚乳酸(PLA)属于线型热塑性生物可降 解脂肪族聚酯。
以玉米、小麦、木薯等一些植物中提 取的淀粉为最初原料,经过酶分解得到葡 萄糖,再经过乳酸菌发酵后变成乳酸,然后 经过化学合成得到高纯度聚乳酸。
聚乳酸制品废弃在土壤或水中，47天 内会在微生物、水、酸和碱的作用下彻 底分解成CO2和H2O，成为植物光合作用 的原料，不会对环境产生污染，因而是 一种完全自然循环型的可生物降解材料 。
乳酸大量存在时，会导致人体内环境稳态的丧失，尤其是固有的酸碱平衡将被
打破，轻则代谢紊乱，重则危及生命，因此，人体内必须消除乳酸。 直接氧化分解为CO２和H２O
在氧气充足的条件下，骨骼肌、心肌或其它组织细胞能摄取血液中的乳酸，在 乳酸脱氢酶的作用下，将乳酸转变成丙酮酸，然后进入线粒体被彻底氧化分解 ，生成ＣＯ２和Ｈ２Ｏ，通过呼吸道、大小便、汗液排除体外。
降解的主要方式：本体侵蚀。
PLA材料浸入水性介质中或植人体内后，首先发生材料吸水。 水性介质渗入聚合物基质，导致聚合物分子链松弛，酯键开始初 步水解，分子量降低，逐渐降解为低聚物。
生物可降解塑料PPT讲稿
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PHAs的结构、物理化学性质-续
• PHB较脆和发硬，但可通过与适量HV共聚而补偿。
• 随着PHBV中HV组分的增加，聚合物的劲度降低而韧性增
加，且共聚物的熔点随着HV组分的增加而降低，使得较
易对其进行热加工处理。 HV -β--羟基戊酸
• 单体4HB的聚合物或3HB与4HB的共聚物P(3HB-co-4HB)
3HV)或PHBV
9
PHAs
• PHAs除具有高分子化合物的基本特性，如
质轻、弹性、可塑性、耐磨性、抗射线等
外，还具有生物可降解性和生物可相容性。
PHAs 原料
９个月
降
香波瓶
解
合成塑料
100年
10
一、PHAs的结构、物理化学性质和应用
• 多种微生物在一定条件下能在胞内积累PHAs作为碳源和
能源的贮存物。
12
聚合物命名
• R为甲基时，其聚合物为聚β--羟基丁酸(PHB) • R为乙基时，其聚合物为聚β--羟基戊酸(PHV) • 在一定条件下两种或两种以上的单体还能形成共聚物，其
典型代表是3HB和3HV组成的共聚物P(3HB-co-3HV)。
13
PHAs的结构、物理化学性质
• 每个PHAs颗粒含有数千条多聚体链。这些多聚物的物
录是多少？
• 一般发酵过程分为哪两个阶段？
19
PHAs的应用
shampoo bottles
bicycle helmet
20
二、PHAs的生物合成
• 合成PHAs的主要微生物 • 合成PHAs的主要基质 • PHAs的代谢途径与调控
21
PHAs的生物合成
一 合成PHAs的主要微生物 1 PHAs的发现及形成机制
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PHAs的结构、物理化学性质-续
• PHB较脆和发硬，但可通过与适量HV共聚而补偿。
• 随着PHBV中HV组分的增加，聚合物的劲度降低而韧性增
加，且共聚物的熔点随着HV组分的增加而降低，使得较
易对其进行热加工处理。 HV -β--羟基戊酸
• 单体4HB的聚合物或3HB与4HB的共聚物P(3HB-co-4HB)
3HV)或PHBV
9
PHAs
• PHAs除具有高分子化合物的基本特性，如
质轻、弹性、可塑性、耐磨性、抗射线等
外，还具有生物可降解性和生物可相容性。
PHAs 原料
９个月
降
香波瓶
解
合成塑料
100年
10
一、PHAs的结构、物理化学性质和应用
• 多种微生物在一定条件下能在胞内积累PHAs作为碳源和
能源的贮存物。
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聚合物命名
• R为甲基时，其聚合物为聚β--羟基丁酸(PHB) • R为乙基时，其聚合物为聚β--羟基戊酸(PHV) • 在一定条件下两种或两种以上的单体还能形成共聚物，其
典型代表是3HB和3HV组成的共聚物P(3HB-co-3HV)。
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PHAs的结构、物理化学性质
• 每个PHAs颗粒含有数千条多聚体链。这些多聚物的物
录是多少？
• 一般发酵过程分为哪两个阶段？
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PHAs的应用
shampoo bottles
bicycle helmet
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二、PHAs的生物合成
• 合成PHAs的主要微生物 • 合成PHAs的主要基质 • PHAs的代谢途径与调控
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PHAs的生物合成
一 合成PHAs的主要微生物 1 PHAs的发现及形成机制
可降解塑料的生物合成(共53张PPT)
骨用骼该代 方用法品具或有骨破等板胞，所产手得术产生后品无的P需纯H取度B出较V。高。、提以取速果度快糖等优为点碳。 源时，共聚物占细胞干重的47%。
PHB是仅有C、H和O元素组成的多聚物，在合成PHB所需的基质中，碳源的消耗量最大，所占发酵原料成本的比例也最大，因而，产物PHB
这些发现不仅给PHA生物合成和调节机制的研究增加了新的 对碳源的产率Yp/c，是影响PHB工业化规模生产的重要因素。
近年日本相继成立了生物降解塑料研究会、生物降解塑料
实用化检讨委员会，日本通产省已将生物降解塑料作为继 金属材料、无机材料、高分子材料之后的“第四类新材 料”。
欧洲Bhre-Eurae更是对生物降解塑料建立了完善的降 解评价体系。
生物降解塑料是指在自然环境下通过微生物的生命活动能 很快降解的高分子材料。按其降解特性可分为完全生物降解 塑料和生物破坏性塑料。按其来源则可分为天然高分子材料、 微生物合成材料、化学合成材料、掺混型材料等。
在众多的生物可降解材料中，采用微生物发酵法生产的聚
β-羟基烷酸（简称PHAs），成为应用环境生物学方面的一个 研究的热点。其中，β-羟基丁酸（简称PHB）及3-羟基丁酸 与3-羟基戊酸的共聚物[简称P(3HB-co-3HV)或PHBV]是PHAs族 中研究和应用最广泛的两种多聚体。
聚β-羟基烷酸（PHAs）作为一种有光学活性的聚酯， 除具有高分子化合物的基本特性，如质轻、弹性、可塑 性、耐磨性、抗射性等外，更重要的是它还具有生物可降
济的碳源。
二、合成PHAs的主要基质
可用来工业化生产PHA的糖质碳源有葡萄糖、蔗糖、糖蜜、 淀粉等。
（1）葡萄糖 真养产碱杆菌野生株H16利用果糖积累PHB， 其利用葡萄糖的变异株已用于工业生产PHB。
可降解塑料袋ppt课件
不可降解的大众塑料塑料对地球的危害
1.两百年才能腐烂。塑料袋埋在地下要经过大约两百年的时 间才能腐烂，会严重污染土壤；如果采取焚烧处理方式，则会产 生有害烟尘和有毒气体，长期污染环境。
2.降解塑料难降解。市场上常见的“降解塑料袋”，实际上 只是在塑料原料中添加了淀粉，填埋后因为淀粉的发酵、细菌的 分解，大块塑料袋会分解成细小甚至肉眼看不见的碎片。这是一 种物理降解，并没有从根本上改变塑料产品的化学性质。
可降解塑料
————拯救地球的绿色革命
一般的可降解塑料袋由聚乙烯加淀粉制成，但这种可 降解塑料只能将大块的塑料降解成较小的塑料块，塑 料分子的成分并没有完全消失，所以它的降解是有限 度的。目前国内研究出了一种新的可降解塑料，其成 分是聚乙烯醇加淀粉再加光敏剂合成的，聚乙烯醇本 来就比聚乙烯容易降解，添加光敏剂可以通过吸收阳 光来加速塑料的降解，淀粉则可以促进塑料在土壤中 生物降解的速度。因此这种新型可降解塑料相对于前 种更容易降解，而且它降解后塑料成分分解成碳和水 等简单分子结构的物质，比较环保。
小组成员：陈 建 朱振扬 刘杰 丁威 杨彬 张文君 王伟
谢谢观看
3.影响土壤的正常呼吸。塑料袋本身不是土壤和水体的基本 物质之一，强行进入到土壤之后，由于它自身的不透气性，会影 响到土壤内部热的传递和微生物的生长，从而改变土壤的特质。 这些塑料袋经过长时间的累积，还会影响到农作物吸收养分和水 分，导致农作物减产。
4.易造成动物误食。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ弃在地面上和水面上的塑料袋，容易 被动物当做食物吞入，塑料袋在动物肠胃里消化不了，易导致动 物肌体损伤和死亡。
可降解塑料是利用植物秸杆等制成的对人体和 环境友好的物品,不同于三大合成的塑料,废弃后, 在生物环境的作用下,可以自行分解,无论对人还 是环境都无害,属于绿色包装. 可降解塑料袋是“能降解、易降解”的一种一 次性购物袋。可降解塑料袋从原料和分解因素 的不同，可分为两种： • 一种是以聚乙烯塑料为主，掺混淀粉等生物降 解剂制成的塑料袋 , 也叫做可生物降解型塑料 袋。这种塑料袋主要靠微生物作用而分解。 • 另一种是以聚乙烯塑料为主，掺混光降解剂和 碳酸钙等矿物粉体制成的塑料袋，也叫做光降 解型塑料袋。这种塑料袋是在太阳光的作用下 分解。
生物可降解塑料的生产与应用中国石油大学环境生物工程20页PPT
谢谢！
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
生物可降解塑料的生产与应用中国石油大 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。 学环境生物工程
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
生物可降解塑料的生产与应用中国石油大 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。 学环境生物工程
塑料降解ppt课件
• 随机裂解型塑料受热时分子内化学键的断裂是随机的，产 生一定数目的碳原子和氢原子结合的的分子化合物，这类 塑料有聚乙烯、聚丙烯等。
• 大多数塑料的裂解两者兼而有之，属于中间型，但在合适 的温度、压力、催化剂条件下，能使其中某些特定数目链 长的产物大大增加，从而获得有一定经济价值的产物，如 汽油、柴油等。
19
• 汽车工业的快速发展，生活水平的提高加快了人 们对软质聚氨酯制品(床、沙发垫等)的快速淘汰 ，越来越多的废旧软泡给我国造成的环境压力也 越渐明显。当然硬质聚氨酯塑料的问题也很不乐 观。生物降解将对塑料降解是一个既经济又环保 的方法，因此研究塑料的生物降解对人类而言将 是里程碑式的进展。
20
塑料的生物降解
• 微生物产生的脂酶、蛋白酶、纤维素酶和木质素 酶降解活的生物或其死后的残体。现在普遍认为 光合作用是地球表面最重要的进化，它促使更多 的生物量产生，从而可以生物降解更多的分子。
5
生活中观察到的生物降解现象
6
• 一、定义
塑料
• 塑料为合成的高分子化合物，又可称为高分 子或巨分子(macromolecules)，也是一般所 俗称的塑料(plastics)或树脂(resin)，可以自 由改变形体样式。是利用单体原料以合成或 缩合反应聚合而成的材料，由合成树脂及填 料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加 剂组成的。
塑料的热解
• 废塑料热解是将已清楚杂质的塑料置于无氧或者低氧的密 封容器中加热，使其裂解为低分子化合物。
• 其基本原理是将塑料制品中的高聚物进行彻底的大分子裂 解，使其回到低分子量状态或单体态。按照大分子内键断 裂位置的不同，可将热解分为解聚反应型、随机裂解型和 中间型。
25
• 解聚反应型塑料受热裂解时聚合物发生解离，生成单体， 主要切断了单分子之间的化学键。这类塑料有α-甲基苯乙 烯、聚甲基丙烯酸甲酯等，它们几乎100％地裂解成单体 。
• 大多数塑料的裂解两者兼而有之，属于中间型，但在合适 的温度、压力、催化剂条件下，能使其中某些特定数目链 长的产物大大增加，从而获得有一定经济价值的产物，如 汽油、柴油等。
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• 汽车工业的快速发展，生活水平的提高加快了人 们对软质聚氨酯制品(床、沙发垫等)的快速淘汰 ，越来越多的废旧软泡给我国造成的环境压力也 越渐明显。当然硬质聚氨酯塑料的问题也很不乐 观。生物降解将对塑料降解是一个既经济又环保 的方法，因此研究塑料的生物降解对人类而言将 是里程碑式的进展。
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塑料的生物降解
• 微生物产生的脂酶、蛋白酶、纤维素酶和木质素 酶降解活的生物或其死后的残体。现在普遍认为 光合作用是地球表面最重要的进化，它促使更多 的生物量产生，从而可以生物降解更多的分子。
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生活中观察到的生物降解现象
6
• 一、定义
塑料
• 塑料为合成的高分子化合物，又可称为高分 子或巨分子(macromolecules)，也是一般所 俗称的塑料(plastics)或树脂(resin)，可以自 由改变形体样式。是利用单体原料以合成或 缩合反应聚合而成的材料，由合成树脂及填 料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加 剂组成的。
塑料的热解
• 废塑料热解是将已清楚杂质的塑料置于无氧或者低氧的密 封容器中加热，使其裂解为低分子化合物。
• 其基本原理是将塑料制品中的高聚物进行彻底的大分子裂 解，使其回到低分子量状态或单体态。按照大分子内键断 裂位置的不同，可将热解分为解聚反应型、随机裂解型和 中间型。
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• 解聚反应型塑料受热裂解时聚合物发生解离，生成单体， 主要切断了单分子之间的化学键。这类塑料有α-甲基苯乙 烯、聚甲基丙烯酸甲酯等，它们几乎100％地裂解成单体 。
可降解塑料的生物合成100页PPT
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到ห้องสมุดไป่ตู้ ，决不 回头。 ——左
可降解塑料的生物合成
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
《生物可降解材料》课件
力学性能评价
包括抗拉强度、断裂伸长率等指标的测试来评价材料的力学性能。
热稳定性能评价
通过热分解实验等方法来评价材料的热稳定性。
生物可降解材料的市场前景
市场现状
生物可降解材料市场逐步发展壮大，对环保和可持续发展的需求不断增长。
市场发展趋势
随着环保意识的提高和政府政策的支持，生物可降解材料市场有望迎来更大 的发展空间。
按降解方式分类
根据材料在生物环境中的降解方式，可以将其分为生物酶降解和微生物降解两种类型。
生物可降解材料的应用
医用领域
生物可降解材料在医学领域有广泛的应用，如可降解缝合线、骨修复材料、药物控释系统等。
农业领域
在农业领域，生物可降解材料可以用于制作农膜、土壤改良剂等，有助于提高农业生产的可持续性。
工业领域
未来，随着技术的进步和市场需求的增长，生物可降解材料有望拥有更广阔 的发展前景和应用前景。
生物可降解材料存在的问题
降解能力有限
某些生物可降解材料的降解能力有限，难以在短时间内完全降解。
成本高昂
生物可降解材料的生产成本相对较高，限制了其在大规模应用中的进一步推广。
工程应用不成熟
一些生物可降解材料的工程应用仍然存在一些问题，需要进一步研究和完善。
总结
生物可降解材料具有环保、可持续发展的优势，但也面临着降解能力有限、 成本高昂和工程应用不成熟等挑战。
生物可降解材料
什么是生物可降解材料
生物可降解材料是指能够在自然环境下被生物分解、降解而不对环境造成污染的材料。 这些材料具有可降解性、生物性、可再生的特点。 常见的生物可降解材料包括聚乳酸（PLA）、淀粉基材料、生物降解塑料等。
生物可降解材料的分类
按来源分类
包括抗拉强度、断裂伸长率等指标的测试来评价材料的力学性能。
热稳定性能评价
通过热分解实验等方法来评价材料的热稳定性。
生物可降解材料的市场前景
市场现状
生物可降解材料市场逐步发展壮大，对环保和可持续发展的需求不断增长。
市场发展趋势
随着环保意识的提高和政府政策的支持，生物可降解材料市场有望迎来更大 的发展空间。
按降解方式分类
根据材料在生物环境中的降解方式，可以将其分为生物酶降解和微生物降解两种类型。
生物可降解材料的应用
医用领域
生物可降解材料在医学领域有广泛的应用，如可降解缝合线、骨修复材料、药物控释系统等。
农业领域
在农业领域，生物可降解材料可以用于制作农膜、土壤改良剂等，有助于提高农业生产的可持续性。
工业领域
未来，随着技术的进步和市场需求的增长，生物可降解材料有望拥有更广阔 的发展前景和应用前景。
生物可降解材料存在的问题
降解能力有限
某些生物可降解材料的降解能力有限，难以在短时间内完全降解。
成本高昂
生物可降解材料的生产成本相对较高，限制了其在大规模应用中的进一步推广。
工程应用不成熟
一些生物可降解材料的工程应用仍然存在一些问题，需要进一步研究和完善。
总结
生物可降解材料具有环保、可持续发展的优势，但也面临着降解能力有限、 成本高昂和工程应用不成熟等挑战。
生物可降解材料
什么是生物可降解材料
生物可降解材料是指能够在自然环境下被生物分解、降解而不对环境造成污染的材料。 这些材料具有可降解性、生物性、可再生的特点。 常见的生物可降解材料包括聚乳酸（PLA）、淀粉基材料、生物降解塑料等。
生物可降解材料的分类
按来源分类
生物降解材料PBS材料ppt课件
脂肪酶攻击
细菌、水解
微生物利用 材料碎片
7
PBS降解机理
能够分解脂肪族聚酯的微生物种类很多，包括许多细菌和 霉菌等，它们广泛分布在自然界中，其中以土壤中最多。 PBS基塑料理论上容易被微生物降解，但随其共聚组分、 相对分子质量的不同，降解性有很大差别。酯键之间结合 的亚甲基数为4～8时，脂肪族聚酯较容易降解。聚合物链 中存在苯环结构和脂肪族醚键等，其生物降解性下降； PBS的相对分子质量大以及亲水性差，也不利于微生物的 侵蚀、繁殖与生物降解。
4
PBS介绍
包装材料 垃圾袋、食品袋、各种瓶子和标签等
农林业用品 农用薄膜、各种种植用器皿、植被网、农
药以及化肥缓释材料
日用杂品 某公司以PBS为主要原料，并填充滑石粉、
碳酸钙，制成各种成形制品
医疗方面 一次性医疗用品、生物医用高分子
材料、药物缓释载体基质
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PBS降解机理
材料降解是指在保存期内材料性能不变,而使用后在一定环 境条件下能够被降解。其过程是材料被细菌，霉菌等作用 消化吸收的过程，大致分为两步： 1）微生物向体外分泌水解酶,和材料表面结合,通过水解切 断高分子链,生成分子量小于500 g/mol 以下的小分子量的 化合物 2）降解的生成物被微生物摄入体内,经过种种的代谢路线, 合成为微生物体内所需物质或转化为微生物活动的能量,最 终都转化为水和二氧化碳。
▪ PBS同时也是一种新型的可生物降解高分子材料，其降解与应用的研究始于 20世纪90年代。对于环境友好材料和生物材料而言，PBS基降解材料的制备 与应用是新兴的研究领域。
▪ 同时，合成PBS的主要原料1,4-丁 二酸和1,4-丁二醇不仅可以由石油 化工路线得到，可以由煤化工路线 和生物发酵的途径得到，因此更具 环保意义和经济价值。
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7
生物可降解塑料的特点
工艺简单 生产过程污染轻 生物可降解性和生物可相容性 可进行高分子材料的结构调整：控制营养、环境
条件
8
第二节、PHAs的生物合成与应用
采用微生物发酵法生产的聚-β-羟基烷酸(简称PHAs)， 成为应用环境生物学方面的一个研究的热点 ➢ 聚-β-羟基丁酸——PHB ➢ 3-羟基丁酸与3-羟基戊酸的共聚物 ——P(3HB-co3HV)或PHBV
成分为合成树脂 (1)污染范围广 (2)污染物增长量快。
➢ 全世界每年对塑料的需求量为1亿吨。 ➢ 美国专家估计每10年产量将增加1倍。 ➢ 1995年我国的塑料需求量为600万吨，其中对环境有威
胁的地膜为88万吨，包装用品为150-200万吨。 ➢ 美国、日本的塑料垃圾占垃圾总量的7%。
3
普通塑料对环境污染的特点-续
关于生物可降解塑料
1
第一节 塑料废物污染和可降解塑料
二十世纪七十年代以来塑料工业得到迅猛的发展，无论 是工业、农业、建筑业，还是人们的日常生活无不与塑 料密切相关。
化学合成塑料在自然环境中很难分解，亦不会被腐蚀， 燃烧处理又会产生有害气体，塑料垃圾对环境造成了巨 大的危害。
2
普通塑料对环境污染的特点
14
PHAs的结构、物理化学性质-续
大多数有关细菌PHAs的物化性质的研究是针对PHB和 PHBV两种聚合物进行的。
PHB是高度结晶的晶体，结晶度的范围在55－80%， 其在物理性质甚至分子结构上与聚丙烯(PP)很相似， 例如熔点、玻璃态温度、结晶度、抗张强度等，而比 重大、透氧率低和抗紫外线照射以及具有光学活性、 阻湿性等则是PHB的优点，见表7-2-1。
在环境条件下贮存数日后，PHB易发脆。 ➢ PHB的老化问题可通过简单的淬火处理来较大程度 地解决。
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思考题
含有PHAs的微生物能通过什么染料鉴别？ 能利用糖蜜生产PHB的最有效菌株是什么？ 工业生产PHAs的微生物菌种需要考虑哪些因素？ 目前报道利用葡萄糖基质生产PHB的最高记录是
多少？ 一般发酵过程分为哪两个阶段？
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生物可降解塑料
研究和开发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 ➢ 如意大利已立法规定自1991年起所有包装用塑料都
必须生物可降解，我国也已开始考虑禁用塑料方便 餐盒等不可降解的塑料制品。
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国内外出现的生物可降解塑料
PCL-聚已内酰胺;PVA-聚乙烯醇;PE-聚乙烯
则是高弹体，且其生物降解的速度比均聚PHB或PHBV更
快。
HB -β--羟基丁酸
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PHB的工业化应用主要存在两个缺点
PHB较差的熔化稳定性，其分解温度约为200 ℃，该温 度与其熔点相近(约175 ℃)； ➢ 可通过在发酵过程中加入3HV的前体合成PHBV共 聚体或将PHB与其它多聚物相混合使用来解决；
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PHAs
PHAs除具有高分子化合物的基本特性，如质轻、 弹性、可塑性、耐磨性、抗射线等外，还具有生 物可降解性和生物可相容性。
PHAs 原 料
９个月
降
香波瓶
解
合成塑料
100年
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一、PHAs的结构、物理化学性质和应用
多种微生物在一定条件下能在胞内积累PHAs作为碳源和 能源的贮存物。
由于PHAs具有低溶解性和高分子量，它在胞内的积累不 会引起渗透压的增加，是理想的胞内贮藏物，比糖原、 多聚磷酸或脂肪更加普遍地存在于微生物中。
PHAs的通式可写成：
R
O
___O__CH__CH2_可以是支链的、不 饱和的或带取代基的烷基
➢ R为甲基时，单体为β--羟基丁酸(HB)； ➢ R为乙基时，单体为β--羟基戊酸(HV)； ➢ R为丙基时，单体为β--羟基已酸(HC)； ➢ R为丁基时，单体为β--羟基庚酸(HH)； ➢ R为戊基时，单体为β--羟基辛酸(HO)； ➢ R为已基时，单体为β--羟基壬酸(HN)； ➢ R为庚基时，单体为β--羟基癸酸(HD)； ➢ R为辛基时，单体为β--羟基十一酸(HUD)； ➢ R为壬基时，单体为β--羟基十二酸(HDD)；
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PHAs的结构、物理化学性质-续
PHB较脆和发硬，但可通过与适量HV共聚而补偿。
随着PHBV中HV组分的增加，聚合物的劲度降低而韧性 增加，且共聚物的熔点随着HV组分的增加而降低，使得 较易对其进行热加工处理。 HV -β--羟基戊酸
单体4HB的聚合物或3HB与4HB的共聚物P(3HB-co-4HB)
(3) 处理难。塑料具有耐酸碱、抗氧化、难腐蚀、难降解的 特性，埋地处理百年不烂；燃烧时产生大量有毒气体， 如HCl、SOx、CO等。
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普通塑料对环境污染的特点
(4)回收利用难。塑料制品种类多，填料、颜料多样，难以 分拣回收再利用。
(5)生态环境危害大。地膜降低耕地质量，农作物植株矮小， 抗病力差。
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聚合物命名
R为甲基时，其聚合物为聚β--羟基丁酸(PHB) R为乙基时，其聚合物为聚β--羟基戊酸(PHV) 在一定条件下两种或两种以上的单体还能形成共聚物，
其典型代表是3HB和3HV组成的共聚物P(3HB-co-3HV)。
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PHAs的结构、物理化学性质
每个PHAs颗粒含有数千条多聚体链。这些多聚物的物 理化学性质和机械性能如韧度、脆性、溶点、玻璃态 温度和抗溶剂性等与单体的组成有极大的关系。 ➢ 例如PHBV共聚物中β－羟基戊酸组分的增加可使熔 点 从 180℃(PHB 均 聚 物 ) 降 至 75℃(PHBV 共 聚 物 中 HV组分的摩尔分数为30~40%) 。 HV -β--羟基戊酸
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PHAs的应用
shampoo bottles
bicycle helmet
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二、PHAs的生物合成
合成PHAs的主要微生物 合成PHAs的主要基质 PHAs的代谢途径与调控
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PHAs的生物合成
一 合成PHAs的主要微生物 1 PHAs的发现及形成机制
PHB最初由 Lemoigne于1925年首先发现。从
巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium)分离鉴定。
阐明该菌形成芽孢时产生PHB。 20世纪50年代，发现PHB的生成量随培养基中