木质纤维素水热炼制原理与技术石宁化学工业出版社鑫隆博图书专营店 下载 pdf 百度网盘 epub 免费 2025 电子书 mobi 在线

本书依据作者的研究成果及国内外木质纤维素的研究进展,详细介绍了木质纤维素水热炼制原理与技术。具体包括木质纤维素的基本概念、纤维素水热催化转化制备平台化学品的基本原理、两相体系中纤维素转化制备5-羟甲基糠醛、含氧化合物水热降解生产焦炭的机理,以及葡萄糖和呋喃类物质水热转化生成的可溶性副产物的鉴定。 本书可供从事新能源、化工、生物工程、材料及相关学科的研究人员和技术人员阅读,尤其适用于木质纤维素资源高值化利用领域的科研工作者参考使用。

章概述001

1.1 生物质和木质纤维素的定义 002

1.2 木质纤维素的种类及其化学结构 002

1.2.1 木质纤维素类的种类 002

1.2.2 木质纤维素的化学结构 003

1.3 木质纤维素的利用 012

参考文献 014

章纤维素水热催化转化制备平台化学品的基本原理017

2.1 引言 018

2.2 纤维素的催化水解反应 019

2.2.1 纤维素催化水解的反应介质 019

2.2.2 纤维素催化水解的催化剂 019

2.3 催化碳水化合物转化制备5-羟甲基糠醛的原理 024

2.3.1 5-羟甲基糠醛简介 024

2.3.2 己糖制备5-羟甲基糠醛的反应机理 025

2.3.3 反应介质、催化剂及反应原料 026

2.4 木质纤维素制备乙酰丙酸及其衍生酯类的原理 032

2.4.1 乙酰丙酸简介 032

2.4.2 己糖生成乙酰丙酸的原理 033

2.4.3 木质纤维素及其衍生碳水化合物生成乙酰丙酸的催化剂及生产工艺 034

2.4.4 利用木质纤维素制备乙酰丙酸酯 036

2.5 催化木质纤维素及其衍生碳水化合物转化制备乳酸（酯）的原理 038

2.5.1 乳酸简介 038

2.5.2 碳水化合物制备乳酸（酯）的反应路径 039

2.5.3 反应原料及反应体系 040

2.5.4 碳水化合物转化为乳酸（酯）的催化剂 040

2.5.5 碳水化合物水热转化生成其他α-羟基酸 046

2.6 纤维素制备己糖醇（山梨醇和甘露醇） 048

2.7 纤维素制备乙二醇和1，2-丙二醇 050

2.7.1 纤维素制备乙二醇和1，2-丙二醇的路径 051

2.7.2 纤维素制备乙二醇和1，2-丙二醇的催化体系 052

2.8 碳水化合物在水热转化过程中发生的基本反应 054

2.9 葡萄糖异构化机理 056

2.9.1 碱催化葡萄糖异构化为果糖 056

2.9.2 均相路易斯酸催化葡萄糖异构化的机理 057

2.9.3 非均相路易斯酸Sn-β 催化葡萄糖异构化的机理 060

参考文献 062

第三章两相体系中转化纤维素制备5-羟甲基糠醛085

3.1 引言 086

3.2 转化纤维素制备5-羟甲基糠醛的过程及产物的分析表征 087

3.3 在两相体系中金属盐催化剂的筛选 088

3.4 NaHSO4-ZnSO4 协同催化纤维素降解制备5-羟甲基糠醛 090

3.4.1 反应时间的影响 091

3.4.2 反应温度对纤维素转化的影响 094

3.4.3 水/有机相的体积比对反应的影响 094

3.4.4 反应体系对其他可溶糖的转化 095

3.4.5 原料用量对5-羟甲基糠醛收率的影响 097

3.5 反应体系分析及液膜催化概念的提出 097

3.6 结论 099

参考文献 099

第四章含氧化合物水热降解生成焦炭的机理102

4.1 引言 103

4.2 模型化合物的水热转化过程及产物的分析表征 106

4.2.1 模型化合物的水热转化过程 106

4.2.2 原料的定量分析方法 106

4.2.3 焦炭的结构表征方法 107

4.3 呋喃衍生物的水热降解行为及降解途径 107

4.4 碳水化合物的水热降解行为研究及其转化路径分析 113

4.5 碳水化合物的其他衍生物的水热降解行为 116

4.6 C2～C4短链含氧有机物的水热降解行为 119

4.7 乙二醛和丙酮醛的水热降解路径分析 121

4.8 水热焦炭的结构分析 123

4.8.1 水热焦炭的元素分析 123

4.8.2 水热焦炭的FT-IR分析 125

4.8.3 水热焦炭的固态13 C NMR分析 126

4.9 水热焦炭的形成机理 128

4.10 水热焦炭的分子结构 132

4.11 碳水化合物水热降解过程中水热焦炭的形成 133

4.12 结论 133

参考文献 134

第五章葡萄糖及生物质衍生呋喃类物质水热转化生成的可溶副产物鉴定140

5.1 引言 141

5.2 LC-MSn对可溶葡萄糖水热转化产物的分析条件 143

5.3 LC/MS和LC/MS2谱图的分析过程 143

5.4 葡萄糖水热转化生成的水溶物质鉴定 147

5.4.1 LC-MS确定葡萄糖降解生成的水溶化合物的化学式 147

5.4.2 根据MS2质谱图确定化合物的分子结构 150

5.4.3 葡萄糖水热转化过程中可溶碳环类物质的形成机理 155

5.5 呋喃类化合物水热转化过程中可溶副产物的鉴定 157

5.5.1 HMF 水热转化生成的可溶副产物鉴定 157

5.5.2 糠醛水热转化生成的可溶物质鉴定 160

5.5.3 糠醇水热转化生成的可溶物质鉴定 162

5.5.4 呋喃类物质的水热转化路径 166

5.6 C—C键水解断裂反应 169

5.7 α-羰基醛的生成与转化路径 170

5.8 碳水化合物的降解路径 171

5.9 结论 174

参考文献 175

附录 葡萄糖及生物质衍生呋喃类物质水热转化生成的可溶物质的MS和MS2数据及谱图180

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生物质和木质纤维素的定义

在某些文献中，将生物质定义为一切来源于植物、动物和微生物等生命体的有机物质。根据这义，含有蔗糖、淀粉、动植物油脂等可供人类食用的物质含于生物质的概念之中。为了避免将蔗糖、淀粉、动植物油脂等可食用物质用于生产能源和化学品所带来的“与人争粮”的问题，通常将生物质定义为：来源于生命体且在人类生产和生活过程中当作废弃物的有机物质。在这种定义之下，生物质主括农作物秸秆、林业废弃物、工业有机废弃物

(

造纸黑液和酒糟

)

、藻类、厨房垃圾、污水处理厂剩余污泥和人畜粪便等。

上述多种生物质资源中，以农作物秸秆和林业废弃物为代表的木质纤维素具有相对较单一的结构，其主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，在利用过程中所涉及的物理变化和化学反应具有明显的规律。与其他种类的生物质相比，木质纤维素储量巨大、存在广泛。据统汁，自然界每年大约生产

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8

×

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。亿吨木质纤维素。因此，深入研究术质纤维素类生物质资源的利用技术，对人类社会的可持续发展具有重要意义。

本书讨论对象集中于以农业废弃物和林业废弃物为代表的木质纤维素类生物质，如麦秸秆、稻、稻壳、玉米秸秆、甘蔗渣、专用能源作物、木材加

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废料、薪柴和森林废弃物等。其他种类的生物质资源，如动植物油脂、工业有机废水、生活污水、人畜粪便等不在本书讨论范嗣之内。

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2

木质纤维素的种类及其化学结构

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2

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木质纤维素类的种类

木质纤维素主要来源于植物体的茎干、叶子和果实。自然界中存在的植物种类繁多，根据植物的形态特征及其化学成分差异，通常将植物分为三类：针叶材植物、阔叶材植物和禾本科植物。以这三类植物的茎干为原料所获得的木质纤维素，分别称之为针叶材木质纤维素、阔叶材木质纤维素和禾本科木质纤维素。这三类木质纤维素在结构上存在的差异。

(pan style="font-family:宋体">针叶材木质纤维素

由于这类木质纤维素植物原料的叶子多呈针叶形、条形或鳞形．故一般称之为针叶材木质纤维素。同时，因为这类木质纤维素的材质一般比较松软，故其植物原料又被称为软木

(soft

wood)

。常见的针叶材有云杉、冷杉、马尾松、落叶松、湿地松、火炬松等。

(2)

阔叶材木质纤维素

这类木质纤维素植物原料的叶子多为宽阔状，故称阔叶材木质纤维素。由于这类木质纤维素的材质较为坚硬，故其植物原料又被称为硬木

(hard;wood)

。常用的阔叶材有杨木、桦木、桉木、榉木、楹木、相思木等。

(3)

禾本科木质纤维素

禾本科木质纤维素来源于禾本科植物

(

本植物

)

的茎干。在我国分布广泛，种类繁多，比如甘蔗渣、高粱秆、玉米秸秆、稻、麦秸秆、芦苇、荻、芦竹、芒秆等。我国每年的农业生产过程中都会产生大量的农作物秸秆，如玉米秸秆、稻、麦秸秆等，这些秸秆资源的收集困难且缺乏有效的利用技术，所以大量的秸秆资源常被农户地焚烧，既导致资源的浪费，又导致环境的污染。对秸秆资行高值化利用，既能提高农作物产品的经济价值，又能够解决地焚烧秸秆所带来的环境污染问题，对提高农村人口的经济水平和改善农村地区的环境具有重要意义。

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2

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2

木质纤维素的化学结构

木质纤维素是由多种复杂的高分子有机化合物组成的复合体，其化学组成主要有纤维素、半纤维素、木质素、提取物和灰分等。其中，纤维素、半纤维素和木质素是木质纤维素类生物质的主要化学成分．这三种组分是构成植物细胞壁的主要成分。如图

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—

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所示，纤维素组成微纤丝，微纤丝则是构成植物细胞壁的网状骨架，而半纤维素和木质素则是填充在微纤丝之问的“黏合剂”和“填充剂”。在一般的植物纤维原料中，这三种成分的质量占原质量的

80

％～

95

％。从更微观的分子水平角度来讲，纤维素是由葡萄糖单元通过β

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．

4-

糖苷键链接而成的多糖，半纤维素是由五碳糖

(

木糖、阿拉伯糖等

)

和六碳糖

(

葡萄糖、什露糖、半乳糖、鼠李糖等

)

组成的多糖，而木质素是由香豆醇、针叶醇和芥子醇这三种苯基丙烷结构单元组成的高分子聚合物。

通常情况下，纤维素的含量约占植质量的

35

％～

50

％，其次是半纤维素约占

25

％～

35

％，剩下是木质素约占

5

％～

30

％

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。表

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列出了常见植物中纤维素、半纤维素和木质素含量。可以看到，不同的原料中纤维素、半纤维素和木质素的含量有所不同。一般植物茎干中的纤维素含量高，而半纤

……

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本书依据作者的研究成果及国内外木质纤维素的研展，详细介绍了木质纤维素水热炼制原理与技术。具括木质纤维素的基本概念、纤维素水热催化转化制备平台化学品的基本原理、两相体系中纤维素制备5-羟甲基糠醛、含氧化合物水热降解生产焦炭的机理，以及葡萄糖生物质衍生呋喃类物质水热转化生成的可溶副产物的鉴定。

本书可供从事新能源、化工、生物工程、材料及相关学科的研究人员和技术人员阅读，尤其适用于木质纤维素资源高值化利用领域的科研工作者参考使用。

书籍介绍

本书依据作者的研究成果及国内外木质纤维素的研究进展,详细介绍了木质纤维素水热炼制原理与技术。具体包括木质纤维素的基本概念、纤维素水热催化转化制备平台化学品的基本原理、两相体系中纤维素转化制备5-羟甲基糠醛、含氧化合物水热降解生产焦炭的机理,以及葡萄糖和呋喃类物质水热转化生成的可溶性副产物的鉴定。 本书可供从事新能源、化工、生物工程、材料及相关学科的研究人员和技术人员阅读,尤其适用于木质纤维素资源高值化利用领域的科研工作者参考使用。