生物質(zhì)化工與材料（第二版）

第1章 生物質(zhì)化工及材料概述 1
1.1 生物質(zhì)化工技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì) 2
1.1.1 生物質(zhì)化工概述 3
1.1.2 生物質(zhì)化工技術(shù)的現(xiàn)狀 3
1.1.3 生物質(zhì)綠色化工技術(shù) 4
1.1.4 生物質(zhì)化工的發(fā)展方向 6
1.2 生物質(zhì)材料及發(fā)展趨勢(shì) 6
1.2.1 生物質(zhì)材料的定義 7
1.2.2 生物質(zhì)材料的特征 7
1.2.3 生物質(zhì)材料的應(yīng)用 8
1.2.4 生物質(zhì)材料的發(fā)展方向 9
參考文獻(xiàn) 9

第2章 生物質(zhì)化工技術(shù) 12
2.1 生物質(zhì)直接燃燒技術(shù) 12
2.1.1 生物質(zhì)直接燃燒技術(shù)的特點(diǎn) 13
2.1.2 直接燃燒技術(shù) 14
2.1.3 生物質(zhì)與煤混合燃燒技術(shù) 15
2.1.4 生物質(zhì)直接燃燒技術(shù)存在的問題 15
2.2 生物質(zhì)熱解技術(shù) 16
2.2.1 生物質(zhì)熱解機(jī)理 16
2.2.2 生物質(zhì)熱解的動(dòng)力學(xué) 18
2.2.3 生物質(zhì)熱解影響因素 20
2.2.4 生物質(zhì)熱解工藝類型 21
2.2.5 生物質(zhì)快速熱解技術(shù)及研究開發(fā)現(xiàn)狀 22
2.2.6 生物質(zhì)熱解技術(shù)產(chǎn)業(yè)化需解決的問題 25
2.3 生物質(zhì)液化技術(shù) 25
2.3.1 生物質(zhì)液化技術(shù)類型 25
2.3.2 生物質(zhì)快速熱解液化 26
2.3.3 生物質(zhì)高壓液化 29
2.3.4 生物質(zhì)與煤共液化研究 33
2.4 生物質(zhì)氣化技術(shù) 33
2.4.1 生物質(zhì)氣化技術(shù)的發(fā)展 33
2.4.2 生物質(zhì)氣化原理 34
2.4.3 生物質(zhì)氣化工藝及設(shè)備 34
2.4.4 生物質(zhì)氣化的影響因素 41
2.4.5 生物質(zhì)氣化燃?xì)獾膬艋?43
參考文獻(xiàn) 44

第3章 生物質(zhì)制氫及相關(guān)技術(shù) 47
3.1 生物質(zhì)熱化學(xué)制氫技術(shù) 48
3.1.1 熱化學(xué)制氫技術(shù)類型 48
3.1.2 生物質(zhì)氣化制氫 49
3.1.3 生物質(zhì)熱裂解制氫 54
3.1.4 生物質(zhì)熱解油重整制氫 55
3.1.5 生物質(zhì)熱化學(xué)制氫的影響因素 55
3.1.6 生物質(zhì)制氫技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性分析 56
3.2 超臨界水中生物質(zhì)氣化制氫技術(shù) 56
3.2.1 制氫機(jī)理 57
3.2.2 制氫反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 58
3.2.3 超臨界水中生物質(zhì)制氫的影響因素 59
3.2.4 制氫工藝與主要設(shè)備 61
3.3 光催化重整生物質(zhì)制氫技術(shù) 62
3.3.1 光催化重整生物質(zhì)制氫 63
3.3.2 光催化重整乙醇制氫 64
3.3.3 光催化重整甲醇制氫 65
3.4 生物質(zhì)乙醇水蒸氣重整制氫技術(shù) 67
3.4.1 乙醇水蒸氣重整反應(yīng)的途徑 67
3.4.2 乙醇水蒸氣催化重整制氫反應(yīng)熱力學(xué) 69
3.4.3 乙醇水蒸氣重整制氫反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 69
3.4.4 乙醇水蒸氣重整制氫反應(yīng)催化劑 70
參考文獻(xiàn) 72

第4章 生物質(zhì)新能源的制備 74
4.1 燃料乙醇的生產(chǎn)技術(shù) 74
4.1.1 燃料乙醇的發(fā)展與應(yīng)用 75
4.1.2 燃料乙醇生產(chǎn)的主要方法 76
4.1.3 生物質(zhì)水解制取燃料乙醇技術(shù) 77
4.2 燃料甲醇的生產(chǎn)技術(shù) 84
4.2.1 生物質(zhì)合成甲醇國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 84
4.2.2 生物質(zhì)合成燃料甲醇技術(shù) 85
4.2.3 生物質(zhì)氣化甲醇合成系統(tǒng) 87
4.2.4 生物質(zhì)氣化甲醇合成工藝 91
4.3 生物柴油的制備工藝 93
4.3.1 生物柴油的優(yōu)缺點(diǎn) 94
4.3.2 生物柴油的生產(chǎn)方法 95
4.3.3 生物柴油在國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r 101
4.4 生物油 102
4.4.1 生物油的化學(xué)組成 102
4.4.2 生物油的生產(chǎn)與精制 103
4.4.3 生物油的應(yīng)用 105
參考文獻(xiàn) 105

第5章 生物質(zhì)制備平臺(tái)化合物 107
5.1 生物質(zhì)甘油制備1,3-丙二醇 107
5.1.1 1,3-丙二醇的合成方法 108
5.1.2 甘油化學(xué)法轉(zhuǎn)化為1,3-丙二醇 109
5.2 生物質(zhì)制備糠醛 110
5.2.1 糠醛的生產(chǎn)技術(shù) 111
5.2.2 糠醛制備的影響因素 112
5.3 生物質(zhì)制備新型平臺(tái)化合物乙酰丙酸 113
5.3.1 乙酰丙酸的制備方法 114
5.3.2 生物質(zhì)水解生成乙酰丙酸的機(jī)理 117
5.3.3 生物質(zhì)水解生成乙酰丙酸的反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 118
5.3.4 乙酰丙酸的提取方法 119
參考文獻(xiàn) 120

第6章 木質(zhì)纖維素生物質(zhì)預(yù)處理技術(shù) 121
6.1 木質(zhì)纖維素的組成與結(jié)構(gòu)特征 121
6.1.1 纖維素 121
6.1.2 半纖維素 122
6.1.3 木質(zhì)素 123
6.2 木質(zhì)纖維素預(yù)處理的意義 124
6.3 木質(zhì)纖維素原料的預(yù)處理技術(shù) 124
6.3.1 物理法 125
6.3.2 物理化學(xué)法 128
6.3.3 化學(xué)法 131
6.3.4 生物法 136
6.3.5 聯(lián)合預(yù)處理技術(shù) 136
參考文獻(xiàn) 138

第7章 生物合成聚合物及應(yīng)用 140
7.1 聚羥基烷酸酯 141
7.1.1 聚羥基烷酸酯的種類 141
7.1.2 PHA的生物合成 142
7.1.3 PHA的物理性質(zhì) 144
7.1.4 PHA的生物學(xué)特征 147
7.1.5 PHA的改性 148
7.1.6 PHA的應(yīng)用 150
7.1.7 PHA的應(yīng)用前景與展望 151
7.2 聚氨基酸 151
7.2.1 聚γ-谷氨酸 151
7.2.2 聚賴氨酸 155
7.2.3 藍(lán)細(xì)菌肽 157
7.2.4 聚氨基酸的應(yīng)用前景與展望 158
參考文獻(xiàn) 159

第8章 生物質(zhì)基聚酯的合成及應(yīng)用 160
8.1 聚乳酸 161
8.1.1 聚乳酸的發(fā)展歷史 161
8.1.2 聚乳酸的合成 161
8.1.3 聚乳酸的性能 163
8.1.4 聚乳酸的應(yīng)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發(fā)展史 167
8.2.2 聚丁二酸丁二醇酯的合成 168
8.2.3 PBS的性質(zhì) 170
8.2.4 PBS的應(yīng)用 170
8.3 展望 171
參考文獻(xiàn) 171

第9章 纖維素及材料 173
9.1 纖維素的結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 173
9.1.1 分子結(jié)構(gòu)和分子量 173
9.1.2 聚集態(tài)結(jié)構(gòu) 174
9.1.3 氫鍵結(jié)構(gòu) 174
9.1.4 溶解性 175
9.1.5 液晶行為 177
9.2 纖維素的化學(xué)改性及應(yīng)用 177
9.2.1 醚化反應(yīng) 177
9.2.2 酯化反應(yīng) 178
9.2.3 氧化反應(yīng) 180
9.2.4 交聯(lián)改性 180
9.2.5 接枝共聚改性 181
9.2.6 均相化學(xué)改性 181
9.3 再生纖維素材料 183
9.3.1 再生纖維素纖維 183
9.3.2 纖維素中空纖維 185
9.3.3 再生纖維素膜 186
9.3.4 其他纖維素材料 187
9.4 天然纖維及其復(fù)合材料 187
9.4.1 天然纖維的種類及性質(zhì) 188
9.4.2 天然纖維的表面處理 189
9.4.3 天然纖維復(fù)合增強(qiáng)材料 191
9.5 纖維素納米纖維復(fù)合材料 193
9.5.1 天然纖維素納米纖維 193
9.5.2 細(xì)菌纖維素 194
9.5.3 靜電紡絲納米纖維 194
參考文獻(xiàn) 195

第10章 淀粉及材料 198
10.1 淀粉的結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 198
10.1.1 直鏈淀粉與支鏈淀粉 198
10.1.2 淀粉的結(jié)晶 199
10.1.3 淀粉的物化性質(zhì) 200
10.2 淀粉及其改性材料 201
10.2.1 熱塑性淀粉材料 201
10.2.2 化學(xué)改性淀粉材料 203
10.2.3 淀粉基共混材料 208
10.2.4 淀粉基復(fù)合材料 213
10.3 結(jié)論與展望 216
參考文獻(xiàn) 216

第11章 海洋生物質(zhì)聚多糖及材料 218
11.1 甲殼素和殼聚糖 218
11.1.1 甲殼素和殼聚糖的來源與結(jié)構(gòu) 218
11.1.2 甲殼素和殼聚糖的化學(xué)改性 219
11.1.3 甲殼素和殼聚糖的應(yīng)用 222
11.2 海藻酸及海藻酸鹽 228
11.2.1 海藻酸及海藻酸鹽的來源與結(jié)構(gòu) 228
11.2.2 海藻酸及海藻酸鹽的化學(xué)改性 229
11.2.3 海藻酸及海藻酸鹽的應(yīng)用 231
參考文獻(xiàn) 239

第12章 天然聚多糖納米晶及應(yīng)用 242
12.1 天然聚多糖納米晶的種類和性質(zhì) 242
12.1.1 纖維素納米晶 243
12.1.2 甲殼素納米晶的制備與性質(zhì) 245
12.1.3 淀粉納米晶的制備與性質(zhì) 246
12.2 天然聚多糖納米晶的修飾 247
12.2.1 聚多糖納米晶的物理修飾 247
12.2.2 聚多糖納米晶的化學(xué)修飾 248
12.3 天然聚多糖納米晶的應(yīng)用 251
12.3.1 聚多糖納米晶改性復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)理模型 252
12.3.2 天然聚多糖納米晶改性聚合物材料 253
12.4 天然聚多糖納米晶功能材料及應(yīng)用 256
12.4.1 聚多糖納米晶模板合成機(jī)納米粒子 256
12.4.2 聚多糖納米晶制備有機(jī)滲透膜 257
12.4.3 聚多糖納米晶在凝膠復(fù)合材料中的制備及應(yīng)用 257
12.4.4 聚多糖納米晶在特殊功能材料領(lǐng)域的應(yīng)用 258
12.4.5 聚多糖納米晶在導(dǎo)電材料領(lǐng)域的應(yīng)用 260
12.4.6 聚多糖納米晶基液晶光學(xué)材料 261
12.4.7 聚多糖納米晶在其他領(lǐng)域的應(yīng)用 262
參考文獻(xiàn) 264

第13章 木質(zhì)素及改性材料 266
13.1 木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 266
13.1.1 木質(zhì)素的多級(jí)結(jié)構(gòu) 266
13.1.2 木質(zhì)素的物理性質(zhì) 271
13.1.3 木質(zhì)素的降解性 276
13.1.4 木質(zhì)素的衍生化 285
13.1.5 木質(zhì)素的接枝共聚 288
13.2 木質(zhì)素復(fù)合材料 290
13.2.1 木質(zhì)素酚醛樹脂 290
13.2.2 木質(zhì)素聚氨酯 292
13.2.3 木質(zhì)素填充改性橡膠 295
13.2.4 木質(zhì)素共混改性聚烯烴 297
13.2.5 木質(zhì)素/天然高分子復(fù)合材料 298
13.3 木質(zhì)素及材料的應(yīng)用 300
13.3.1 木質(zhì)素材料用作工程塑料 300
13.3.2 木質(zhì)素材料用作泡沫和薄膜材料 301
13.3.3 木質(zhì)素材料用作膠黏劑 302
13.3.4 木質(zhì)素及其衍生物用作絮凝劑 304
13.3.5 木質(zhì)素及其衍生物的其他用途 305
13.4 結(jié)論和展望 306
參考文獻(xiàn) 306

第14章 天然橡膠及應(yīng)用 310
14.1 天然橡膠的發(fā)展歷史 310
14.1.1 國內(nèi)外天然橡膠發(fā)展歷史 310
14.1.2 天然橡膠大分子結(jié)構(gòu)與性能的認(rèn)知?dú)v程 311
14.2 天然橡膠的生物合成、分子結(jié)構(gòu)及制備 312
14.2.1 天然橡膠的生物合成 312
14.2.2 天然橡膠的超分子結(jié)構(gòu)——支化和凝膠 315
14.2.3 天然橡膠的制備 316
14.2.4 特種天然橡膠的制備 316
14.3 天然橡膠的結(jié)晶及理化性質(zhì) 317
14.3.1 天然橡膠的低溫結(jié)晶 317
14.3.2 天然橡膠的應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶 318
14.3.3 天然橡膠的性能概述 319
14.4 天然橡膠的物理、化學(xué)改性及應(yīng)用 321
14.4.1 物理改性 321
14.4.2 化學(xué)改性 324
14.4.3 天然橡膠的應(yīng)用 326
14.5 其他天然橡膠 328
14.5.1 銀菊橡膠 328
14.5.2 蒲公英橡膠 328
14.5.3 杜仲橡膠 329
參考文獻(xiàn) 329

第15章 動(dòng)物蛋白質(zhì)及材料 331
15.1 絲蛋白質(zhì) 331
15.1.1 蠶絲及其組成 331
15.1.2 蜘蛛絲及其組成 332
15.1.3 動(dòng)物絲的力學(xué)性能 333
15.1.4 動(dòng)物絲及絲蛋白的降解 333
15.1.5 動(dòng)物絲及絲蛋白的應(yīng)用 335
15.2 彈性蛋白質(zhì) 337
15.2.1 彈性纖維的物理化學(xué)性質(zhì) 337
15.2.2 彈性蛋白的制備和分析 340
15.2.3 彈性蛋白質(zhì)材料的應(yīng)用 341
參考文獻(xiàn) 342

第16章 植物蛋白質(zhì)及材料 344
16.1 常見的天然植物蛋白質(zhì) 344
16.1.1 大豆蛋白質(zhì) 344
16.1.2 玉米蛋白質(zhì) 345
16.1.3 小麥蛋白質(zhì) 346
16.2 植物蛋白質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì) 346
16.2.1 蛋白質(zhì)的物理性質(zhì) 346
16.2.2 蛋白質(zhì)的化學(xué)反應(yīng) 348
16.2.3 蛋白質(zhì)的接枝共聚 350
16.3 天然植物蛋白質(zhì)材料 350
16.3.1 增塑和變性蛋白質(zhì)材料 351
16.3.2 交聯(lián)改性蛋白質(zhì)材料 352
16.3.3 蛋白質(zhì)共混材料 354
16.3.4 納米復(fù)合蛋白質(zhì)材料 357
16.4 植物蛋白質(zhì)材料的應(yīng)用 359
16.4.1 蛋白質(zhì)降解材料 359
16.4.2 可食性薄膜和包裝材料 360
16.4.3 蛋白質(zhì)纖維和納米纖維 361
16.4.4 蛋白質(zhì)膠黏劑 363
16.4.5 蛋白質(zhì)生物材料 366
16.5 結(jié)論和展望 368
參考文獻(xiàn) 369

第17章 天然植物油及材料 372
17.1 天然油脂的結(jié)構(gòu)及組成 372
17.2 植物油的直接聚合及其材料 375
17.2.1 植物油-乙烯基單體共聚塑料 375
17.2.2 蓖麻油型聚氨酯及互穿網(wǎng)絡(luò)材料 378
17.2.3 基于甘油為原料的聚合物材料 379
17.2.4 植物油及對(duì)應(yīng)脂肪酸聚合物 381
17.3 植物油化學(xué)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/馬來酸酐改性植物油-乙烯基單體共聚塑料 393
17.3.4 環(huán)氧樹脂 394
17.3.5 聚酰胺和聚酯酰胺 395
17.3.6 聚多酚 396
17.4 植物油復(fù)合材料及納米復(fù)合材料 397
17.5 結(jié)論及展望 399
參考文獻(xiàn) 399