生物质化工与材料(第2版)/黄进

第1章 生物质化工及材料概述 1

1.1 生物质化工技术及发展趋势 2

1.1.1 生物质化工概述 3

1.1.2 生物质化工技术的现状 3

1.1.3 生物质绿色化工技术 4

1.1.4 生物质化工的发展方向 6

1.2 生物质材料及发展趋势 6

1.2.1 生物质材料的定义 7

1.2.2 生物质材料的特征 7

1.2.3 生物质材料的应用 8

1.2.4 生物质材料的发展方向 9

参考文献 9



第2章 生物质化工技术 12

2.1 生物质直接燃烧技术 12

2.1.1 生物质直接燃烧技术的特点 13

2.1.2 直接燃烧技术 14

2.1.3 生物质与煤混合燃烧技术 15

2.1.4 生物质直接燃烧技术存在的问题 15

2.2 生物质热解技术 16

2.2.1 生物质热解机理 16

2.2.2 生物质热解的动力学 18

2.2.3 生物质热解影响因素 20

2.2.4 生物质热解工艺类型 21

2.2.5 生物质快速热解技术及研究开发现状 22

2.2.6 生物质热解技术产业化需解决的问题 25

2.3 生物质液化技术 25

2.3.1 生物质液化技术类型 25

2.3.2 生物质快速热解液化 26

2.3.3 生物质高压液化 29

2.3.4 生物质与煤共液化研究 33

2.4 生物质气化技术 33

2.4.1 生物质气化技术的发展 33

2.4.2 生物质气化原理 34

2.4.3 生物质气化工艺及设备 34

2.4.4 生物质气化的影响因素 41

2.4.5 生物质气化燃气的净化 43

参考文献 44



第3章 生物质制氢及相关技术 47

3.1 生物质热化学制氢技术 48

3.1.1 热化学制氢技术类型 48

3.1.2 生物质气化制氢 49

3.1.3 生物质热裂解制氢 54

3.1.4 生物质热解油重整制氢 55

3.1.5 生物质热化学制氢的影响因素 55

3.1.6 生物质制氢技术经济可行性分析 56

3.2 超临界水中生物质气化制氢技术 56

3.2.1 制氢机理 57

3.2.2 制氢反应动力学 58

3.2.3 超临界水中生物质制氢的影响因素 59

3.2.4 制氢工艺与主要设备 61

3.3 光催化重整生物质制氢技术 62

3.3.1 光催化重整生物质制氢 63

3.3.2 光催化重整乙醇制氢 64

3.3.3 光催化重整甲醇制氢 65

3.4 生物质乙醇水蒸气重整制氢技术 67

3.4.1 乙醇水蒸气重整反应的途径 67

3.4.2 乙醇水蒸气催化重整制氢反应热力学 69

3.4.3 乙醇水蒸气重整制氢反应动力学 69

3.4.4 乙醇水蒸气重整制氢反应催化剂 70

参考文献 72



第4章 生物质新能源的制备 74

4.1 燃料乙醇的生产技术 74

4.1.1 燃料乙醇的发展与应用 75

4.1.2 燃料乙醇生产的主要方法 76

4.1.3 生物质水解制取燃料乙醇技术 77

4.2 燃料甲醇的生产技术 84

4.2.1 生物质合成甲醇国内外研究现状 84

4.2.2 生物质合成燃料甲醇技术 85

4.2.3 生物质气化甲醇合成系统 87

4.2.4 生物质气化甲醇合成工艺 91

4.3 生物柴油的制备工艺 93

4.3.1 生物柴油的优缺点 94

4.3.2 生物柴油的生产方法 95

4.3.3 生物柴油在国内外的发展状况 101

4.4 生物油 102

4.4.1 生物油的化学组成 102

4.4.2 生物油的生产与精制 103

4.4.3 生物油的应用 105

参考文献 105



第5章 生物质制备平台化合物 107

5.1 生物质甘油制备1,3-丙二醇 107

5.1.1 1,3-丙二醇的合成方法 108

5.1.2 甘油化学法转化为1,3-丙二醇 109

5.2 生物质制备糠醛 110

5.2.1 糠醛的生产技术 111

5.2.2 糠醛制备的影响因素 112

5.3 生物质制备新型平台化合物乙酰丙酸 113

5.3.1 乙酰丙酸的制备方法 114

5.3.2 生物质水解生成乙酰丙酸的机理 117

5.3.3 生物质水解生成乙酰丙酸的反应动力学 118

5.3.4 乙酰丙酸的提取方法 119

参考文献 120



第6章 木质纤维素生物质预处理技术 121

6.1 木质纤维素的组成与结构特征 121

6.1.1 纤维素 121

6.1.2 半纤维素 122

6.1.3 木质素 123

6.2 木质纤维素预处理的意义 124

6.3 木质纤维素原料的预处理技术 124

6.3.1 物理法 125

6.3.2 物理化学法 128

6.3.3 化学法 131

6.3.4 生物法 136

6.3.5 联合预处理技术 136

参考文献 138



第7章 生物合成聚合物及应用 140

7.1 聚羟基烷酸酯 141

7.1.1 聚羟基烷酸酯的种类 141

7.1.2 PHA的生物合成 142

7.1.3 PHA的物理性质 144

7.1.4 PHA的生物学特征 147

7.1.5 PHA的改性 148

7.1.6 PHA的应用 150

7.1.7 PHA的应用前景与展望 151

7.2 聚氨基酸 151

7.2.1 聚γ-谷氨酸 151

7.2.2 聚赖氨酸 155

7.2.3 蓝细菌肽 157

7.2.4 聚氨基酸的应用前景与展望 158

参考文献 159



第8章 生物质基聚酯的合成及应用 160

8.1 聚乳酸 161

8.1.1 聚乳酸的发展历史 161

8.1.2 聚乳酸的合成 161

8.1.3 聚乳酸的性能 163

8.1.4 聚乳酸的应用 165

8.2 聚丁二酸丁二醇酯 167

8.2.1 聚丁二酸丁二醇酯的发展史 167

8.2.2 聚丁二酸丁二醇酯的合成 168

8.2.3 PBS的性质 170

8.2.4 PBS的应用 170

8.3 展望 171

参考文献 171



第9章 纤维素及材料 173

9.1 纤维素的结构与性质 173

9.1.1 分子结构和分子量 173

9.1.2 聚集态结构 174

9.1.3 氢键结构 174

9.1.4 溶解性 175

9.1.5 液晶行为 177

9.2 纤维素的化学改性及应用 177

9.2.1 醚化反应 177

9.2.2 酯化反应 178

9.2.3 氧化反应 180

9.2.4 交联改性 180

9.2.5 接枝共聚改性 181

9.2.6 均相化学改性 181

9.3 再生纤维素材料 183

9.3.1 再生纤维素纤维 183

9.3.2 纤维素中空纤维 185

9.3.3 再生纤维素膜 186

9.3.4 其他纤维素材料 187

9.4 天然纤维及其复合材料 187

9.4.1 天然纤维的种类及性质 188

9.4.2 天然纤维的表面处理 189

9.4.3 天然纤维复合增强材料 191

9.5 纤维素纳米纤维复合材料 193

9.5.1 天然纤维素纳米纤维 193

9.5.2 细菌纤维素 194

9.5.3 静电纺丝纳米纤维 194

参考文献 195



第10章 淀粉及材料 198

10.1 淀粉的结构与性质 198

10.1.1 直链淀粉与支链淀粉 198

10.1.2 淀粉的结晶 199

10.1.3 淀粉的物化性质 200

10.2 淀粉及其改性材料 201

10.2.1 热塑性淀粉材料 201

10.2.2 化学改性淀粉材料 203

10.2.3 淀粉基共混材料 208

10.2.4 淀粉基复合材料 213

10.3 结论与展望 216

参考文献 216



第11章 海洋生物质聚多糖及材料 218

11.1 甲壳素和壳聚糖 218

11.1.1 甲壳素和壳聚糖的来源与结构 218

11.1.2 甲壳素和壳聚糖的化学改性 219

11.1.3 甲壳素和壳聚糖的应用 222

11.2 海藻酸及海藻酸盐 228

11.2.1 海藻酸及海藻酸盐的来源与结构 228

11.2.2 海藻酸及海藻酸盐的化学改性 229

11.2.3 海藻酸及海藻酸盐的应用 231

参考文献 239



第12章 天然聚多糖纳米晶及应用 242

12.1 天然聚多糖纳米晶的种类和性质 242

12.1.1 纤维素纳米晶 243

12.1.2 甲壳素纳米晶的制备与性质 245

12.1.3 淀粉纳米晶的制备与性质 246

12.2 天然聚多糖纳米晶的修饰 247

12.2.1 聚多糖纳米晶的物理修饰 247

12.2.2 聚多糖纳米晶的化学修饰 248

12.3 天然聚多糖纳米晶的应用 251

12.3.1 聚多糖纳米晶改性复合材料的增强机理模型 252

12.3.2 天然聚多糖纳米晶改性聚合物材料 253

12.4 天然聚多糖纳米晶功能材料及应用 256

12.4.1 聚多糖纳米晶模板合成无机纳米粒子 256

12.4.2 聚多糖纳米晶制备有机渗透膜 257

12.4.3 聚多糖纳米晶在凝胶复合材料中的制备及应用 257

12.4.4 聚多糖纳米晶在特殊功能材料领域的应用 258

12.4.5 聚多糖纳米晶在导电材料领域的应用 260

12.4.6 聚多糖纳米晶基液晶光学材料 261

12.4.7 聚多糖纳米晶在其他领域的应用 262

参考文献 264



第13章 木质素及改性材料 266

13.1 木质素的结构与性质 266

13.1.1 木质素的多级结构 266

13.1.2 木质素的物理性质 271

13.1.3 木质素的降解性 276

13.1.4 木质素的衍生化 285

13.1.5 木质素的接枝共聚 288

13.2 木质素复合材料 290

13.2.1 木质素酚醛树脂 290

13.2.2 木质素聚氨酯 292

13.2.3 木质素填充改性橡胶 295

13.2.4 木质素共混改性聚烯烃 297

13.2.5 木质素/天然高分子复合材料 298

13.3 木质素及材料的应用 300

13.3.1 木质素材料用作工程塑料 300

13.3.2 木质素材料用作泡沫和薄膜材料 301

13.3.3 木质素材料用作胶黏剂 302

13.3.4 木质素及其衍生物用作絮凝剂 304

13.3.5 木质素及其衍生物的其他用途 305

13.4 结论和展望 306

参考文献 306



第14章 天然橡胶及应用 310

14.1 天然橡胶的发展历史 310

14.1.1 国内外天然橡胶发展历史 310

14.1.2 天然橡胶大分子结构与性能的认知历程 311

14.2 天然橡胶的生物合成、分子结构及制备 312

14.2.1 天然橡胶的生物合成 312

14.2.2 天然橡胶的超分子结构——支化和凝胶 315

14.2.3 天然橡胶的制备 316

14.2.4 特种天然橡胶的制备 316

14.3 天然橡胶的结晶及理化性质 317

14.3.1 天然橡胶的低温结晶 317

14.3.2 天然橡胶的应变诱导结晶 318

14.3.3 天然橡胶的性能概述 319

14.4 天然橡胶的物理、化学改性及应用 321

14.4.1 物理改性 321

14.4.2 化学改性 324

14.4.3 天然橡胶的应用 326

14.5 其他天然橡胶 328

14.5.1 银菊橡胶 328

14.5.2 蒲公英橡胶 328

14.5.3 杜仲橡胶 329

参考文献 329



第15章 动物蛋白质及材料 331

15.1 丝蛋白质 331

15.1.1 蚕丝及其组成 331

15.1.2 蜘蛛丝及其组成 332

15.1.3 动物丝的力学性能 333

15.1.4 动物丝及丝蛋白的降解 333

15.1.5 动物丝及丝蛋白的应用 335

15.2 弹性蛋白质 337

15.2.1 弹性纤维的物理化学性质 337

15.2.2 弹性蛋白的制备和分析 340

15.2.3 弹性蛋白质材料的应用 341

参考文献 342



第16章 植物蛋白质及材料 344

16.1 常见的天然植物蛋白质 344

16.1.1 大豆蛋白质 344

16.1.2 玉米蛋白质 345

16.1.3 小麦蛋白质 346

16.2 植物蛋白质的物理和化学性质 346

16.2.1 蛋白质的物理性质 346

16.2.2 蛋白质的化学反应 348

16.2.3 蛋白质的接枝共聚 350

16.3 天然植物蛋白质材料 350

16.3.1 增塑和变性蛋白质材料 351

16.3.2 交联改性蛋白质材料 352

16.3.3 蛋白质共混材料 354

16.3.4 纳米复合蛋白质材料 357

16.4 植物蛋白质材料的应用 359

16.4.1 蛋白质降解材料 359

16.4.2 可食性薄膜和包装材料 360

16.4.3 蛋白质纤维和纳米纤维 361

16.4.4 蛋白质胶黏剂 363

16.4.5 蛋白质生物材料 366

16.5 结论和展望 368

参考文献 369



第17章 天然植物油及材料 372

17.1 天然油脂的结构及组成 372

17.2 植物油的直接聚合及其材料 375

17.2.1 植物油-乙烯基单体共聚塑料 375

17.2.2 蓖麻油型聚氨酯及互穿网络材料 378

17.2.3 基于甘油为原料的聚合物材料 379

17.2.4 植物油及对应脂肪酸聚合物 381

17.3 植物油化学改性及材料 387

17.3.1 聚酯 387

17.3.2 聚氨酯 390

17.3.3 丙烯酸/马来酸酐改性植物油-乙烯基单体共聚塑料 393

17.3.4 环氧树脂 394

17.3.5 聚酰胺和聚酯酰胺 395

17.3.6 聚多酚 396

17.4 植物油复合材料及纳米复合材料 397

17.5 结论及展望 399

参考文献 399