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来源:人事教育处     作者:方春妍、杨文静     

      4月23号,中国科学院热带植物资源可持续利用重点实验室生物能源研究组Mazloom Shah博士后出站答辩会在版纳植物园昆明分部101会议室举行。答辩评审委员会主席由昆明理工大学贾庆明教授担任,来自云南大学、昆明理工大学、西南林业大学、中科院昆明植物研究所的7位专家担任评审委员。

      答辩会上,生物能源组代组长张帆博士介绍了Mazloom Shah在站期间的工作情况,评审委员会在听取了Mazloom Shah博士的博士后工作报告后,审阅相关资料,并进行了充分的质疑。经过评审,专家组一致认为Mazloom Shah博士顺利完成了博士后研究计划,研究了纳米催化剂Pt、Ni等制备,以及纳米催化剂应用于催化环酮类的脱氢,以及游离脂肪酸和脂肪酸酯的转化,筛选出高效Ni纳米催化剂,优化了催化硬脂酸获得最高产物收率的反应条件,报告数据可靠。Mazloom Shah在站期间工作努力,共发表了学术论文4篇,其中,以第一作者在SCI收录的国际学术期刊Catalysis Communications和Applied Catalysis A: General分别发表研究论文1篇、以合作作者发表学术论文2篇,具备较强的独立科研工作能力和较高的学术水平。经评审委员会无记名投票表决,评定等级为良好,同意通过出站答辩。

Mazloom Shah与评审专家合影

Mazloom Shah回答评审专家问题

来源:http://www.xtbg.cas.cn/xwzx/zhxw/201804/t20180427_5004179.html

      1月10日,生物能源组和推广站一行6人在段柱标主任的带领下,参观见习了云南西草资源开发有限公司(简称:云南西草)化妆品生产加工车间,并与该公司相关人员关于化妆品研发形式与市场定位进行了交流学习。1月16日,云南西草田家奇经理与推广站刘清助理受邀到生物能源组,参观了生物能源组实验设备、分析仪器与中试装置等科研平台,再次讨论了目前以美藤果油为原材料可研发的化妆品类型,并结合美藤果油物理化学特性提出了一些极具参考价值的建议。此外,生物能源组参会人员以科研的角度,对美藤果油在生产、保存以及如何配置化妆品原料的角度,提出了需要进一步着力解决的问题。大家一致认为今后会从研发、生产以及市场角度,进一步开展深度交流,致力于向市场输送以美藤果油为原料的优质、安全与畅销的系列产品。

     云南西草资源开发有限公司,2007年正式成立,是一家专注于植物资源的开发,形成研发、种植、提取、生产为一体的全产业链格局的企业,覆盖植物活性物提取及加工、化妆品的研发及生产、保健食品的研发及生产、食品的研发及生产、消毒产品的生产及销售等多种领域。

在版纳园昆明分部交流(图片由杨星霞拍摄)

 

参观云南西草生产车间(图片由何小平拍摄)

     乙酰丙酸酯,作为乙酰丙酸的酯化产物,主要包括乙酰丙酸甲酯,乙酰丙酸乙酯,乙酰丙酸丁酯等,是被广泛应用的生物质基平台化合物,在香料,石油化工等行业也具有重要的应用价值。传统的乙酰丙酸甲酯的生产方法主要在均相酸催化剂(如硫酸和金属盐等)的催化下通过乙酰丙酸酯化法、糠醇醇解法和生物质糖醇解法等方法制得。然而,这些均相酸催化剂存在一些问题,比如催化剂的循环再利用,产物的分离,对设备的腐蚀等。然而,固体酸催化剂可重复使用,对环境污染少,易于与产物分离。其中虽然一些固体酸催化剂在生物质糖醇解制备乙酰丙酸甲酯具有较高的催化活性,但是原料昂贵,制备复杂,条件苛刻。由于蒙脱土来源广泛,价格低廉,且具有层间可交换阳离子的特性,因此本研究以十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂作为柱撑蒙脱土的层间模板导向剂,在向蒙脱土层间引入模板剂的同时,通过溶胶-凝胶法和分子自组装技术把不同含量的三价铁改性磷钨酸分子有效引入蒙脱土层间,然后再通过引入硅源,把磷钨酸分子包裹在蒙脱土柱撑材料的骨架结构中。制备的HPWFe-MMTSi固体酸催化剂具有高的比表面积、合适的Brǿnsted-Lewis酸性,高的热稳定性。实验结果表明,优化制备得到的催化剂4-HPWFe-MMTSi在果糖催化醇解反应中乙酰丙酸甲酯产率高达74mol%,葡萄糖、蔗糖、淀粉分别可达22.5 mol%、52.2 mol%、20.6 mol%,且重复使用性好,环境友好。

     本研究获得了国家自然科学基金、中科院青年促进会以及云南省自然科学基金的资助,相关研究成果以“Iron(III)-modified tungstophosphoric acid supported on silica-pillared montmorillonite as catalysts for fructose conversion to methyl levulinate”为题发表于国际期刊Journal of Chemical Technology and Biotechnology上。

   果糖醇解制备乙酰丙酸甲酯路线图

     最近,生物能源组博士生王一同在方真教授的指导下,通过四步法合成了双功能磁性固体酸催化剂,并应用于生物柴油制备。

     为了降低生物柴油制备工艺的能耗,通过四步法合成一种同时具有路易斯酸位点和布朗斯特酸位点的磁性固体酸。该固体酸催化剂催化能力强,表现为其酯化油酸获得的生物柴油产率高达97%,转酯化高酸值的豆油后获得生物柴油产率高达95%,并且在小桐子原油(酸值为17.2 mg KOH/g)的预处理过程中,能有效降低小桐子原油酸值至0.7 mg KOH/g。另外,合成的双功能磁性固体酸拥有较好的稳定性,通过简单的磁性分离循环使用10次后,获得的生物柴油产率仍在90%以上。由此可见,合成的高活性和高稳定性的磁性固体酸催化剂,在制备生物柴油中展示了出色的工业应用能力。

     相关成果发表以“Biodiesel Production from High Acid Value Oils with a Highly Active and Stable Bifunctional Magnetic Acid”为题发表于Applied energyhttp://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.07.060)。

四步法合成功能磁性固体酸催化剂示意图

      由中科院“一三五”项目突破二课题“小桐子规模化合成生物液体燃料的科学基础研究”的前期支持,生物能源组张帆博士利用小桐子果壳水解液和水解残渣分别合成了碳基磁性固体酸 (C-SO3H@Fe/JHC)和固体碱(Na2SiO3@Ni/JRC)催化剂。通过多种分析测试方法对合成催化剂的形态、磁饱和度、功能基团以及总酸/碱含量进行深入分析发现:小桐子壳水解液形成的酸性官能团有助于其活化碳载体具备更高的酸密度;利用C-SO3H@Fe/JHC催化预处理(酯化)高酸值小桐子油时,可使其酸值从17.2降至1.3 mg KOH/g;再利用Na2SiO3@Ni/JRC催化降酸预处理后的小桐子油,生物柴油得率高达96.7%,该催化剂循环三次时催化活性无明显损失。催化合成生物柴油后的碳基磁性固体催化剂均可通过外磁场进行分离与回收。此外,活性下降的碳基磁性固体碱催化剂有利于副产品甘油水热气化生产氢气。与传统来自于葡萄糖和竹粉的碳源材料相比,利用小桐子果壳水解液及残渣制备的碳基磁性催化剂具备更丰富的官能团位点、更特异的表面区域以及孔隙容积,从而实现小桐子果综合利用合成生物燃料的绿色工艺研究。

      本研究获得了国家自然科学基金、中科院青年创新促进会和中科院“一三五”等项目的资助,相关研究成果以“Catalytic Production of Jatropha Biodiesel and Hydrogen with Magnetic Carbonaceous Acid and Base Synthesized from Jatropha Hulls”为题发表在国际期刊Energy Conversion and Management上。

桐子果(果壳+果油)综合利用合成生物柴油及联产氢气的绿色工艺流程图

        9月22日,从《中国科学院关于公布2017年度中国科学院优秀博士学位论文评审结果的通知》和《中国科学院关于公布2017年度中国科学院优秀导师奖评审结果的通知》中获悉,版纳植物园生物能源研究组2016届博士毕业生张帆获得2017年度中国科学院优秀博士学位论文奖,其导师方真研究员获优秀导师奖。 

  张帆于2013年9月开始博士阶段学习,师从方真研究员,主要研究方向为热带植物资源绿色转化合成高值生物化学品。在中科院“一三五”项目突破二课题(XTBG-T02)的支持下,顺利完成博士学位论文:“碳基磁性催化剂制备及其催化合成生物柴油绿色工艺研究”,该论文围绕利用小桐子果壳、种皮和竹粉等热带生物质废弃物替代传统葡萄糖和活性炭为碳质材料,制备出多种可磁场分离的新型碳基磁性固体酸/碱催化剂(ZL 201610754946.6,ZL 201410764721.X);并通过多种表征分析方法详细阐述了反应与合成机理;最后利用自主设计组建的连续流动釜式反应装置(ZL 201620978132.6,ZL 201420785283.0)协同催化剂高效清洁合成生物柴油,以此实现了废弃植物残渣综合利用制备催化剂并用于合成生物柴油及副产物甘油转化的绿色工艺研究。 

  在版纳植物园及导师们的悉心培养与指导下,他在攻读博士及获得学位后一年期间,分别以通讯或第一作者在Green Chemistry, Applied EnergyEnergy Conversion and Management等TOP10%国际期刊上发表研究性论文5篇,另以第一或参与作者发表SCI论文6篇,申请授权专利6项,主持国家自然科学基金、中科院青年创新促进会与云南省应用基础研究项目等。  

       引自http://www.xtbg.ac.cn/xwzx/zhxw/201709/t20170925_4864510.html

   

        7月13号上午,云南山洼洼农业科技股份有限公司周乐云总经理带队来到版纳园生物能源组参观交流。这是继7月5号推广站与生物能源组成员到该公司交流后的再一次交流讨论。两次交流期间,双方就美藤果油开发的市场定位、产品细分以及美藤果的种植、加工方面进行深入交流。

        期间山洼洼公司分享了国内美藤果油的市场调研情况,指出美藤果作为一种富含α—亚麻酸的高端油料,通过冷压榨提炼的果油具有广阔的市场前景,并就美藤果油产品形式提出独到见解。

        随后,生物能源组张帆博士、罗嘉博士带领山洼洼公司成员参观了生物能源组的实验平台,并介绍了版纳园的公共服务中心实验平台,双方就美藤果油产品研发方向达成初步共识。

7月13号版纳园昆明分部讨论会

7月5号山洼洼公司座谈会

O2016年5月23日,由昆明理工大学、西南林业大学5位专家组成的答辩委员会听取了由生物能源研究组2016年硕士毕业生朱长辉和博士毕业生张帆的论文报告和答辩。经答辩委员会讨论和无记名投票表决,一致同意朱长辉同学和张帆同学通过学位论文答辩,建议按有关规定授予理学硕士学位和博士学位。在此毕业之际,向朱长辉同学和张帆同学表示祝贺。

Biomass group master student, Changhui Zhu and doctor student, Fan Zhang passed their defenses of degree dissertation in 2016

On May 23th, 2016, five experts from Kunming University of Science and Technology and Southwest Forestry University listend to the reports and defenses of Mr. Changhui Zhu, a master student and Mr. Fan Zhang , a doctor student in biomass group that were expected to be graduated in 2016. After the discussion and secret ballot, five dissertation committee members all agreed the theses and defense of Changhui Zhu and Fan Zhang, and suggested that the academic degree evaluation committee of Xishuangbanna Tropical Botanical Garden, CAS, award Mr. Zhu the master’s degree and Mr. Zhang the doctor’s degree in science, according to relevant regulations. On the occasion of graduation, congratulations to Changhui Zhu and Fan Zhang!

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Biodiesel is synthesized successfully in a pilot continuous compacted flow reactor (3-5 t/day) designed by biomass group

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video:

http://woodrefinery.com/zhenfang/wp-content/uploads/2016/05/60S480p_bitrate_130.mp4?_=1

Supported by CAS “135” projects (XTBG-T02), “study on the scientific basis for large-scale synthesis of Jatropha biodiesel”, under the guidance of Prof. Zhen Fang, Mr. Zhang fan (doctoral student) designed and set up a patented continuous flow reactor (ZL 201420785283.0) for biodiesel production. The reactor system is composed of control panel, continuous feeding unit, reaction body, continuous discharge unit, product purification and separation unit.

Jatropha biodiesel was produced successfully on 28 April, 2016, with biodiesel production up to 3-5 tons/day in a 5 L of vessel volume (operating space). Compared with traditional batch and flow reactors, the reactor has superior characteristics of small volume, low energy consumption, and high production efficiency. Assisted with magnetic solid base (CN 201410764721.X) and solid acid catalysts prepared by Biomass group, green production of biodiesel was realized successfully with catalyst cycles. Related results were patented and published in international journals, Fuel, Energy, Applied Energy and Green Chemistry.

Related patents and papers:

[1] Fan Zhang, X.H. Wu, M. Yao, Zhen Fang*, Y.T. Wang. Production of Biodiesel and Hydrogen from Plant Oil Catalyzed by Magnetic Carbon-Supported Nickel and Sodium Silicate, Green Chemistry. 2016

[2] Fan Zhang, Zhen Fang*, Y.T. Wang. Biodiesel Production Direct from High Acid Value Oil with a Novel Magnetic Carbonaceous Acid, Applied Energy, 2015; 155: 637-647.

[3] Fan Zhang, Zhen Fang*, Y.T. Wang. Biodiesel Production Directly from Oils with High Acid Value by Magnetic Na2SiO3@Fe3O4/C Catalyst and Ultrasound, Fuel, 2015; 150: 370-377.

[4] Y.T. Wang. Zhen Fang*, Fan Zhang, B.J. Xue. One-step Production of Biodiesel from Oils with High Acid Value by Activated Mg-Al Hydrotalcite Nanoparticles, Bioresource Technology, 2015; 193: 84-89.

[5] B.J. Xue, J. Luo, Fan Zhang, Zhen Fang*, Biodiesel Production from Soybean and Jatropha Oils by Magnetic CaFe2O4-Ca2Fe2O5-Based Catalyst, Energy, 2014; 68: 584-591.

[6] 张帆,方真*,薛宝金,苏同超,王一同。用于可溶性糖及生物柴油制备的连续流动釜式反应装置,新型专利,ZL 201420785283.0.

  • [7] 张帆,方真*。一种碳基磁性固体碱催化剂及其应用,发明专利,CN 201410764721.X (受理中).

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生物能源组设计组建的连续流动釜式反应装置

成功用于生物柴油连续高效合成

连续流动釜式反应装置连续高效合成生物柴油 (Continuous production of biodiesel, 3-5 t/day)

由中科院“一三五”项目突破二课题“小桐子规模化合成生物液体燃料的科学基础研究”的支持,在导师方真研究员的悉心指导下,在职博士生张帆作为项目主要完成人设计组建了连续流动釜式反应装置(ZL 201420785283.0),该装置由操控台、连续进料单元、反应釜主体、连续出料单元、产物纯化和分离单元等组成,该连续流动釜式反应装置可以同时解决:传统间歇批次釜式反应装置需要批次进料、反应效率低和反应能耗高等问题;以及传统连续流动管式反应装置混合效果差、固体催化剂易堵塞管路和需要提供持续高压等问题。

2016年4月28日,生物能源组利用连续流动釜式反应装置成功实现了小桐子生物柴油连续合成工艺,仅5L的釜体容积,5 m2的操作空间,生物柴油产量即可达到3-5吨/天,与传统批次或流动反应装置相比,体现出外型小、能耗低和效率高等优越特性。结合本课题组设计制备的碳基磁性固体碱催化剂(CN 201410764721.X)和磁性含碳固体酸催化剂,有望解决催化剂分离回收成本高、反应区域难以控制和固体催化剂堵塞管路等工业难题,同时未参与反应的甲醇可及时回收再利用,生物柴油副产物甘油可以水热气化合成氢气,从而实现连续高效合成生物柴油的绿色工艺研究。相关研究成果已经在Fuel, Energy, Applied EnergyGreen Chemistry等国际期刊上发表,并得到国内外专家学者的宝贵建议和充分肯定。

Recently, Elsevier-Scopus  listed Prof. Zhen Fang in “Most Cited Chinese Researchers” in energy for 2015 again after 2014.
继2014年,方真研究员再次进入2015年“中国高被引学者”能源领域榜单(Elsevier-Scopus).
Prof. Zhen Fang (PhDs Eng., McGill; CAU); a researcher in bioenergy; inventor of “fast hydrolysis” process; Editor-in-Chief, Springer Book Series – Biofuels and Biorefineries; Associate Editor, Biotechnology for Biofuels (IF 6.2, Highest IF in Biofuels); and Editorial Advisory Board Members of Biofpr (Biofuels, Bioproducts and Biorefining, IF 4.3) and Energy, Sustainability and Society (a Springer open Journal).

2015年“中国高被引学者榜单”研究数据和技术分析基于全球最大的同行评议学术论文索引摘要数据库(Scopus数据库),该数据库收录来自全球超过5000个出版商、21000种期刊的5500余万条文献索引,覆盖各个学科,并提供各种工具用于追踪、分析和可视化学术研究,通过对客观引用数据的分析,对研究者在世界范围内的影响力进行系统的评价。此次榜单中,来自中国的社会科学、物理、化学、数学、经济等38学科的1744名最具世界影响力的中国学者入选。

http://www.zuihaodaxue.com/Article.jsp?id=WzQpgBmjMtkbcp4LvpaLvG8oNQTgE8)

2014:

11.4%的中国科学院院士是高被引学者

3.7%的中国工程院院士是高被引学者

17.6%的长江学者特聘教授是高被引学者

18.1%的国家杰出青年科学基金获得者是高被引学者

 
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