通过一锅法催化氢解聚(3-羟基丁酸酯)制备丁酸酯

《Journal of Immunological Methods》：Preparation of butyrates by one-pot catalytical hydrogenolysis of poly(3-hydroxybutyrate)

聚-3-羟基丁酸（PHB）经Pd/C催化加氢生成丁酸、丁醇及高热值气体，典型条件（催化剂比1:10，200°C，24 h）下生物油产率达80.5 wt%，丁醇含量27.37 wt%，再生催化剂表现优异。

　　

张航|李胜辉|崔美莉|李军|卢欣欣|高涛|刘佳怡|宋若宇|吴申达

江苏工程技术学院，江苏省南通市226000

摘要

聚(3-羟基丁酸)（PHB）是一种新型的用于能量存储的生物材料，通过一步催化氢化反应被转化为丁酸盐和丁醇。在典型的反应条件下（Pd/C: PHB = 1:10，200°C，24小时，1100转/分钟），获得了高产率的生物油（80.5 wt%）。收集到的生物油中含有丁酸盐（44.06 wt%）、丁醇（27.37 wt%）以及丁酸，其估计的高热值（HHV）为33.0 MJ/kg。合成气主要由甲烷和丁烷组成，其低位热值（LHV）为65.7 MJ/m3，甚至高于天然气（38.5 MJ/m3）。在该反应条件下，再生的Pd/C催化剂表现出几乎完美的重复使用性。

章节摘录

由于对运输用油的需求不断增加以及化石油的枯竭[4]、[5]、[6]，基于生物的液体燃料一直备受关注。聚(3-羟基丁酸)（PHB）是一种存在于许多细菌细胞质中的碳源[1]、[2]，通过一种新的利用技术被发现是生产生物燃料的潜在来源。众所周知，细菌是地球上最丰富的物种[3]。富含PHB的细菌可以提供高质量的能源，而无需

材料

聚(3-羟基丁酸)（≥98 wt%）由天津生物材料有限公司（中国宁波）提供。氢化催化剂——活性炭负载钯（5% Pd，含40-60% H?O）购自Aladdin（中国上海）。巴豆酸（CA）（≥98 wt%）和丁酸（BA）（≥98 wt%）购自Macklin（中国上海）。

PHB的氢化

为了研究反应参数对产物产率和选择性的影响，通过改变各种参数进行了一系列实验

PHB的氢化过程

氢化实验显示出极好的重复性，生物油的产率相对标准偏差（RSD）通常低于5%，单个产物的浓度在三次重复实验中的差异也低于8%（见表S1，支持信息）。统计分析证实反应参数显著影响了产物的分布（p < 0.05）。

图1展示了温度和压力随时间的变化关系。根据压力不同，我们将氢化过程分为不同的阶段

结论

通过一步催化氢化PHB得到的产物是高附加值的化合物，如丁酸酯、丁醇、甲烷和正丁烷。在典型的反应条件下，生物油的产率为80.5 wt%，其估计的高热值为33.0 MJ/kg。气体的高位热值也为63.2 MJ/m3。再生的Pd/C催化剂显示出良好的重复使用性，因此被确认为PHB一步催化氢化的潜在催化剂。

作者贡献声明

李军：研究工作、资金获取。卢欣欣：数据验证。高涛：实验方法设计。张航：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、项目管理、资金获取、概念构思。李胜辉：数据管理。崔美莉：数据分析。刘佳怡：数据验证。宋若宇：数据验证。吴申达：数据验证。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了“青蓝计划”（226高层次人才培训项目）、江苏省创新创业计划（JSSCBS20221418）、江苏省高等学校基础科学（自然科学）研究重大项目（23KJA460004）以及南通市自然科学基金一般项目（JC2025089）的资助。