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浙大最新研究：PHA可以化学合成，可大面积工业生产！

传统聚羟基脂肪酸酯（PHA）是微生物利用可再生的葡萄糖、脂肪酸等为底物合成的一大类天然高分子材料，已经发现了超过150种不同单体。

PHA具有生物可降解性、生物相容性、气体阻隔性能、热塑性等特点，在塑料包装、化工、医药、农业、生物能源等诸多领域具有广阔的应用前景。

PHA海水和土壤中都可以快速自然降解，其降解产物是人体和动物体内天然存在的能量分子，PHA还可以作为动物的食物被利用，是解决塑料污染问题的理想选择。

PHA58天人工海水降解

目前PHA的合成工艺主要通过细菌发酵，需要找到特定菌种，面临反应过程慢、原料转化率低、易被细菌污染、设备投资大等缺陷。我国国内PHA生产企业如微构工场、蓝晶微生物均选用了生物法。

而相比于传统的生物发酵法，美国公司Novomer则选用了化学合成法进行PHA的合成。

目前已经完成8吨/年产量的中试工艺包设计，正在推广以一氧化碳和环氧烷烃共聚合生产环内酯单体/聚羟基脂肪酸酯的产业化技术，通过生物质发酵生产二氧化碳和乙醇，再通过电化学作用经由中间体合成PHA。

据悉，环氧烷烃和一氧化碳直接交替共聚法具有原料便宜、工艺简单的优势，具备以现代化工为技术基础的大规模工业生产前景。

在今年7月，Danimer Scientific 以1.52亿美元收购了技术开发商Novomer公司，目前Danimer公司PHA年产量为 9,000 吨，明年计划扩大到约 30,000 吨规模。

目前，以环氧烷烃和一氧化碳为原料生产聚羟基脂肪酸酯的方法，根据聚合反应机理可分为两类。

一类为环氧烷烃和一氧化碳的直接交替共聚来制备聚羟基脂肪酸酯，但现存的催化体系，面临着聚合物选择性低的问题。

另一类为串联聚合法，即首先实现环氧烷烃与一氧化碳偶联制备β-内酯，再加入其他催化剂实现β-内酯开环聚合制备聚羟基脂肪酸酯。

近日，浙江大学伍广朋课题组首次发现了第三种共聚合反应机制：在同一种催化剂作用下同时存在三种催化循环（包括环氧烷烃的扩环反应制备β-内酯、环氧化合物和一氧化碳的交替插入制备聚酯，以及原位生成的β-内酯的开环均聚）实现聚羟基脂肪酸酯的高效合成。

此类催化剂及其独特的催化历程丰富了目前以一氧化碳与环氧烷烃为原料制备聚羟基脂肪酸酯的体系和方法。他们设计的有机硼钴催化剂具有制备简单、产率高、金属含量低（仅一个金属中心）的优点，所得产物中聚酯选择性>95%，可适用多种不同的环氧单体。

PHA的生物/化学合成法，两种方法各具优势，相较于生物制造，化工制造具有成本低、反应快、产物浓度高等优点，但同时也具有反应条件严格（高温、高压等），原料不可再生及易燃易爆的缺陷。

今年9月我国科学家实现重大突破，首次突破CO₂人工合成淀粉技术，速率达到传统农业的8.5倍，仿生物的化学合成方法值得关注！

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