生物質化工與材料(第二版)（簡體書）

《生物質化工與材料》介紹了生物質化工技術以及在能源、制氫和煉制化合物中的應用，同時還介紹了生物合成聚合物、生物質小分子化合物制備聚合物、生物質高分子及這些聚合物在材料領域的應用。本書收集了大量具有創新思想和科學價值的實例，以指導讀者更有效地從事生物質化工與生物質材料的基礎研究和應用開發。《生物質化工與材料》可作為生物質化工技術、生物質能源以及生物質材料與工程等專業方向的本科生、研究生教學用書，也可供相關科技人員及企業管理人員參考。

黃進，西南大學化學化工學院，教授、博導。入選“教育部新世紀優 秀人才支持計劃”和“江蘇省高層次創新創業人才引進計劃”，主要致力于聚合物科學與材料科學、生物醫學、納米科學技術等學科交叉的創新研究，重點關注基于組裝和復合技術的聚合物基多組分材料體系的構建及應用探索，面向生物質資源高值利用、疾病診斷治療、國防裝備技術等需求研制新材料、新裝備，在生物質基材料、腫瘤診療納米材料、聚合物基復合摩擦材料、含能材料功能助劑等方向開展了系列研究工作。已在國內外SCI收錄學術期刊發表論文120余篇，SCI檢索被引用2000余次；主編《木質素化學及改性材料》、《Polysaccharide-Based Nanocrystals: Chemistry and Applications》（中文版獲國家科學技術學術著作出版基金資助）、《生物質化工與生物質材料》等專著教材5部，參編英文專著5部和中文專著教材2部。

《生物質化工與材料》介紹了生物質化工技術以及在能源、制氫和煉制化合物的應用，同時還介紹了生物合成聚合物、生物質小分子化合物制備聚合物、生物質高分子及這些聚合物在材料領域的應用。《生物質化工與材料》收集了大量具有創新思想和科學價值的實例，以指導讀者更有效地從事生物質化工與生物質材料的基礎研究和應用開發。《生物質化工與材料》收集眾多參考文獻，內容豐富、新穎、簡明易懂，是一本較全面、深入的生物質化工和生物質材料的教學用書，適合生物質化工技術、生物質能源以及生物質材料與工程等方面的本科生、研究生、教師、科技人員及企業管理人員參考。

第1章 生物質化工及材料概述 1
1.1 生物質化工技術及發展趨勢 2
1.1.1 生物質化工概述 3
1.1.2 生物質化工技術的現狀 3
1.1.3 生物質綠色化工技術 4
1.1.4 生物質化工的發展方向 6
1.2 生物質材料及發展趨勢 6
1.2.1 生物質材料的定義 7
1.2.2 生物質材料的特征 7
1.2.3 生物質材料的應用 8
1.2.4 生物質材料的發展方向 9
參考文獻 9

第2章 生物質化工技術 12
2.1 生物質直接燃燒技術 12
2.1.1 生物質直接燃燒技術的特點 13
2.1.2 直接燃燒技術 14
2.1.3 生物質與煤混合燃燒技術 15
2.1.4 生物質直接燃燒技術存在的問題 15
2.2 生物質熱解技術 16
2.2.1 生物質熱解機理 16
2.2.2 生物質熱解的動力學 18
2.2.3 生物質熱解影響因素 20
2.2.4 生物質熱解工藝類型 21
2.2.5 生物質快速熱解技術及研究開發現狀 22
2.2.6 生物質熱解技術產業化需解決的問題 25
2.3 生物質液化技術 25
2.3.1 生物質液化技術類型 25
2.3.2 生物質快速熱解液化 26
2.3.3 生物質高壓液化 29
2.3.4 生物質與煤共液化研究 33
2.4 生物質氣化技術 33
2.4.1 生物質氣化技術的發展 33
2.4.2 生物質氣化原理 34
2.4.3 生物質氣化工藝及設備 34
2.4.4 生物質氣化的影響因素 41
2.4.5 生物質氣化燃氣的凈化 43
參考文獻 44

第3章 生物質制氫及相關技術 47
3.1 生物質熱化學制氫技術 48
3.1.1 熱化學制氫技術類型 48
3.1.2 生物質氣化制氫 49
3.1.3 生物質熱裂解制氫 54
3.1.4 生物質熱解油重整制氫 55
3.1.5 生物質熱化學制氫的影響因素 55
3.1.6 生物質制氫技術經濟可行性分析 56
3.2 超臨界水中生物質氣化制氫技術 56
3.2.1 制氫機理 57
3.2.2 制氫反應動力學 58
3.2.3 超臨界水中生物質制氫的影響因素 59
3.2.4 制氫工藝與主要設備 61
3.3 光催化重整生物質制氫技術 62
3.3.1 光催化重整生物質制氫 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 生物質乙醇水蒸氣重整制氫技術 67
3.4.1 乙醇水蒸氣重整反應的途徑 67
3.4.2 乙醇水蒸氣催化重整制氫反應熱力學 69
3.4.3 乙醇水蒸氣重整制氫反應動力學 69
3.4.4 乙醇水蒸氣重整制氫反應催化劑 70
參考文獻 72

第4章 生物質新能源的制備 74
4.1 燃料乙醇的生產技術 74
4.1.1 燃料乙醇的發展與應用 75
4.1.2 燃料乙醇生產的主要方法 76
4.1.3 生物質水解制取燃料乙醇技術 77
4.2 燃料甲醇的生產技術 84
4.2.1 生物質合成甲醇國內外研究現狀 84
4.2.2 生物質合成燃料甲醇技術 85
4.2.3 生物質氣化甲醇合成系統 87
4.2.4 生物質氣化甲醇合成工藝 91
4.3 生物柴油的制備工藝 93
4.3.1 生物柴油的優缺點 94
4.3.2 生物柴油的生產方法 95
4.3.3 生物柴油在國內外的發展狀況 101
4.4 生物油 102
4.4.1 生物油的化學組成 102
4.4.2 生物油的生產與精制 103
4.4.3 生物油的應用 105
參考文獻 105

第5章 生物質制備平臺化合物 107
5.1 生物質甘油制備1,3-丙二醇 107
5.1.1 1,3-丙二醇的合成方法 108
5.1.2 甘油化學法轉化為1,3-丙二醇 109
5.2 生物質制備糠醛 110
5.2.1 糠醛的生產技術 111
5.2.2 糠醛制備的影響因素 112
5.3 生物質制備新型平臺化合物乙酰丙酸 113
5.3.1 乙酰丙酸的制備方法 114
5.3.2 生物質水解生成乙酰丙酸的機理 117
5.3.3 生物質水解生成乙酰丙酸的反應動力學 118
5.3.4 乙酰丙酸的提取方法 119
參考文獻 120

第6章 木質纖維素生物質預處理技術 121
6.1 木質纖維素的組成與結構特征 121
6.1.1 纖維素 121
6.1.2 半纖維素 122
6.1.3 木質素 123
6.2 木質纖維素預處理的意義 124
6.3 木質纖維素原料的預處理技術 124
6.3.1 物理法 125
6.3.2 物理化學法 128
6.3.3 化學法 131
6.3.4 生物法 136
6.3.5 聯合預處理技術 136
參考文獻 138

第7章 生物合成聚合物及應用 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 144
7.1.4 PHA的生物學特征 147
7.1.5 PHA的改性 148
7.1.6 PHA的應用 150
7.1.7 PHA的應用前景與展望 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 藍細菌肽 157
7.2.4 聚氨基酸的應用前景與展望 158
參考文獻 159

第8章 生物質基聚酯的合成及應用 160
8.1 聚乳酸 161
8.1.1 聚乳酸的發展歷史 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 170
8.2.4 PBS的應用 170
8.3 展望 171
參考文獻 171

第9章 纖維素及材料 173
9.1 纖維素的結構與性質 173
9.1.1 分子結構和分子量 173
9.1.2 聚集態結構 174
9.1.3 氫鍵結構 174
9.1.4 溶解性 175
9.1.5 液晶行為 177
9.2 纖維素的化學改性及應用 177
9.2.1 醚化反應 177
9.2.2 酯化反應 178
9.2.3 氧化反應 180
9.2.4 交聯改性 180
9.2.5 接枝共聚改性 181
9.2.6 均相化學改性 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 天然纖維及其復合材料 187
9.4.1 天然纖維的種類及性質 188
9.4.2 天然纖維的表面處理 189
9.4.3 天然纖維復合增強材料 191
9.5 纖維素納米纖維復合材料 193
9.5.1 天然纖維素納米纖維 193
9.5.2 細菌纖維素 194
9.5.3 靜電紡絲納米纖維 194
參考文獻 195

第10章 淀粉及材料 198
10.1 淀粉的結構與性質 198
10.1.1 直鏈淀粉與支鏈淀粉 198
10.1.2 淀粉的結晶 199
10.1.3 淀粉的物化性質 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 淀粉基復合材料 213
10.3 結論與展望 216
參考文獻 216

第11章 海洋生物質聚多糖及材料 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構 218
11.1.2 甲殼素和殼聚糖的化學改性 219
11.1.3 甲殼素和殼聚糖的應用 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構 228
11.2.2 海藻酸及海藻酸鹽的化學改性 229
11.2.3 海藻酸及海藻酸鹽的應用 231
參考文獻 239

第12章 天然聚多糖納米晶及應用 242
12.1 天然聚多糖納米晶的種類和性質 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 245
12.1.3 淀粉納米晶的制備與性質 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修飾 248
12.3 天然聚多糖納米晶的應用 251
12.3.1 聚多糖納米晶改性復合材料的增強機理模型 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用 256
12.4.1 聚多糖納米晶模板合成無機納米粒子 256
12.4.2 聚多糖納米晶制備有機滲透膜 257
12.4.3 聚多糖納米晶在凝膠復合材料中的制備及應用 257
12.4.4 聚多糖納米晶在特殊功能材料領域的應用 258
12.4.5 聚多糖納米晶在導電材料領域的應用 260
12.4.6 聚多糖納米晶基液晶光學材料 261
12.4.7 聚多糖納米晶在其他領域的應用 262
參考文獻 264

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

第14章 天然橡膠及應用 310
14.1 天然橡膠的發展歷史 310
14.1.1 國內外天然橡膠發展歷史 310
14.1.2 天然橡膠大分子結構與性能的認知歷程 311
14.2 天然橡膠的生物合成、分子結構及制備 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構——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 天然橡膠的結晶及理化性質 317
14.3.1 天然橡膠的低溫結晶 317
14.3.2 天然橡膠的應變誘導結晶 318
14.3.3 天然橡膠的性能概述 319
14.4 天然橡膠的物理、化學改性及應用 321
14.4.1 物理改性 321
14.4.2 化學改性 324
14.4.3 天然橡膠的應用 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 329

第15章 動物蛋白質及材料 331
15.1 絲蛋白質 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 動物絲的力學性能 333
15.1.4 動物絲及絲蛋白的降解 333
15.1.5 動物絲及絲蛋白的應用 335
15.2 彈性蛋白質 337
15.2.1 彈性纖維的物理化學性質 337
15.2.2 彈性蛋白的制備和分析 340
15.2.3 彈性蛋白質材料的應用 341
參考文獻 342

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

第17章 天然植物油及材料 372
17.1 天然油脂的結構及組成 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絡材料 378
17.2.3 基于甘油為原料的聚合物材料 379
17.2.4 植物油及對應脂肪酸聚合物 381
17.3 植物油化學改性及材料 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 植物油復合材料及納米復合材料 397
17.5 結論及展望 399
參考文獻 399