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制备葡萄糖转化成乳酸衍生物的单原子催化剂

文献综述

1、引言

20世纪50年代以来，随着石油化工的迅速发展，以石油为原料的化学合成材料以其价格低廉、重量轻、性能耐用等特点迅速占领了市场，塑料工业在化学合成材料工业中也取得了巨大进步，但与此同时，常规化学合成材料在自然界难以降解的问题日益突出，以致形成严重的“白色污染”，鉴于“白色污染”造成的环境污染、生物多样性减少，迫切需要开发降解塑料以满足绿色环保的发展的要求。

在众多可降解塑料中，聚乳酸（PLA）被誉为“绿色塑料”、“玉米塑料”，是一种可生物降解的环保塑料，从可再生植物资源中提取淀粉制成，将淀粉原料糖化得到葡萄糖，再将葡萄糖与特定菌株发酵生产高纯度乳酸，然后采用化学合成法合成一定分子量的聚乳酸。具有良好的生物相容性和生物可降解性。使用后能被自然界中微生物完全分解为二氧化碳和水。既能解决塑料带来的“白色污染”问题，又可节省不可再生的石油资源，是公认的环境友好材料。目前，PLA已经成为世界各国竞相研发的热点和焦点。本课题研究的乳酸即为合成聚乳酸的重要单体。

目前，我国乳酸的工业生产主要以玉米为原料，通过糊化、糖化、接种、发酵、中和、沉淀、结晶、酸解、浓缩等工序生产出乳酸。以上工序中，发酵是至关重要的一环。在乳酸发酵工序中，在经过糊化、糖化处理的淀粉含量较高农副产品加入菌种，使其充分发酵，即发酵成乳酸。但由于生产过程中需加入碳酸钙等一类碱性物质以降低发酵体系中的乳酸含量，故产生硫酸钙等废弃物，会对环境造成不好的影响，并且工艺生产成本较高，所以目前正在研究经化学催化合成乳酸的方法。

本实验拟从化学催化路线合成乳酸，以求打破传统乳酸工业发酵生产的唯一性，为化学催化糖类生产乳酸奠定基础。化学催化路线的核心在于设计并制备一种高效的催化剂，高效地转化糖生成为乳酸衍生物。我们拟采用聚合物热解法制备高金属负载量且呈现单原子分散状态的催化剂，将其应用于糖类的催化转化。如此一来，不仅有利于节省发酵法生产过程中消耗的大量可食用性原料，还可以保护环境，节省生产成本，提高经济效益。该催化剂的成功制备将会对乳酸的化学催化路径提供参考，具有重要的科学意义和实用价值。

1. 国内外研究和发展现状

2.1、单原子催化剂