生物質化工總結

　　1. 生物質的概念，組成和分類

　　生物質指利用大氣、水、土地等通過光合作用而產生的各種有機體，即一切有生命的、可以生長的有機物質的統稱。

　　生物質的成分包括糖類,醛類,酸,醇,酯,苯,酚,胺

　　主要由碳（Ｃ）、氫（Ｈ）、氧（Ｏ）、氮（Ｎ）和硫（Ｓ）等元素所組成，而Ｃ、Ｈ和Ｏ是生物質的主要成分。

　　分類:林業資源；農業資源；生活污水和工業有機廢水；城市固體廢物；畜禽糞便

　　2.單糖種類，結構和性質（葡萄糖，果糖，半乳糖，木糖）單糖分子式C6H12O6

　　按碳原子數目，單糖可分為丙糖、丁糖、戊糖、己糖等。自然界的單糖主要是戊糖和己糖。根據構造，單糖又可分為醛糖和酮糖。多羥基醛稱為醛糖，多羥基酮稱為酮糖。例如，葡萄糖為己醛糖，果糖為己酮糖。單糖中最重要的與人們關系最密切的是葡萄糖等。常見的單糖還有果糖，半乳糖，核糖和脫氧核糖等

　　結構: 單糖既可以環式結構形式存在，也可以開鏈形式存在。

　　性質:物理: 單糖都是無色晶體，味甜，有吸濕性。極易溶于水，難溶于乙醇，不溶于乙醚。單糖有旋光性，其溶液有變旋現象。

　　化學:①與酸反應②酯化作用③與堿的作用④形成糖苷⑤氧化作用，可氧化成醛糖酸和醛糖二酸⑥還原作用⑦羰氨反應

　　3.二糖種類，結構，性質（麥芽糖，蔗糖，乳糖，纖維二糖）

　　二糖是兩個單糖分子失水而形成的糖苷

　　還原性雙糖：麥芽糖，纖維二糖，乳糖非還原性雙糖：蔗糖。

　　麥芽糖是由一分子α-D- 葡萄糖苷羥基與另一分子葡萄糖C4上的羥基彼此縮合失水而成的，通常將這種形式的苷鍵稱之為α-1,4 – 苷鍵。分子式C12H22O11。

　　性質：可發生變旋光現象，能還原Tollens試劑，Fehling試劑或Benedict試劑，是還原糖。 用酶水解后為2分子葡萄糖，其中一個是α-D- 吡喃葡萄糖，以α-1,4 – 苷鍵結合

　　纖維二糖是由一分子β-D- 葡萄糖苷羥基與另一分子葡萄糖C4上的羥基彼此縮合失水而成的，通常將這種形式的苷鍵稱之為β-1,4 – 苷鍵。分子式C12H22011

　　性質：可發生變旋光現象，能還原Tollens試劑，Fehling試劑或Benedict試劑，是還原糖。 用酶水解后為2分子D-吡喃葡萄糖，其中一個是β-D- 吡喃葡萄糖，以β-1,4 – 苷鍵結合 蔗糖是由一分子α-D- 葡萄糖半縮醛羥基與另一分子β-D-果糖半縮醛羥基彼此縮合失水而成的，通常將這種形式的苷鍵稱之為α-1,2– 苷鍵。分子式C12H22O11

　　性質：無變旋光現象，不能還原Tollens試劑，Fehling試劑或Benedict試劑，是非還原糖。 用酶水解后為α-D- 吡喃葡萄糖與β-D-呋喃果糖，以α-1,2– 苷鍵結合

　　乳糖是由一分子β-D-半乳糖和一分子α-D-葡萄糖在β-1，4-位形成糖苷鍵相連。分子式C12H22O11

　　性質：可發生變旋光現象，能還原Tollens試劑，Fehling試劑或Benedict試劑，是還原糖。 用酶水解后得到α-D-葡萄糖，其中一個是β-D-半乳糖，以β-1,4 – 苷鍵結合

　　4.纖維素分子式，結構與性質

　　纖維素的分子式(C6H10O5)n，由D-葡萄糖以β-1，4糖苷鍵組成的大分子多糖

　　（1）．溶解性常溫下，纖維素既不溶于水，又不溶于一般的有機溶劑，如酒精、乙醚、丙酮、苯等。它也不溶于稀堿溶液中。

　　（2）．纖維素水解在一定條件下，纖維素與水發生反應。反應時氧橋斷裂，同時水分子加入，纖維素由長鏈分子變成短鏈分子，直至氧橋全部斷裂，變成葡萄糖。

　　（3）．纖維素氧化纖維素與氧化劑發生化學反應，生成一系列與原來纖維素結構不同的物質，這樣的反應過程，稱為纖維素氧化。纖維素與較濃的無機酸起水解作用生成葡萄糖等，與較

　　濃的苛性堿溶液作用生成堿纖維素，與強氧化劑作用生成氧化纖維素。

　　（4）．柔順性纖維素柔順性很差，是剛性的因為（1）它分子有極性，分子鏈之間相互作用力很強；（2）纖維素中的六元吡喃環結構致使內旋轉困難；（3）其分子內和分子間都能形成氫鍵特別是分子內氫鍵致使糖苷鍵不能旋轉從而使其剛性大大增加。

　　5.半纖維素結構與性質

　　是由幾種不同類型的

　　單糖構成的異質多聚體，這些糖是五碳糖和六碳糖，包括木糖、阿伯糖、甘露糖和半乳糖等。

　　半纖維素是無定型物質，聚合度較低，具有親水性，易吸水膨脹

　　半纖維素(hemicellulose)：指在植物細胞壁中與纖維素共生、可溶于堿溶液，遇酸后遠較纖維素易于水解的那部分植物多糖。一種植物往往含有幾種由兩或三種糖基構成的半纖維素，其化學結構各不相同。樹莖、樹枝、樹根和樹皮的半纖維素含量和組成也不同。因此，半纖維素是一類物質的名稱。

　　構成半纖維素的糖基主要有D-木糖、D-甘露糖、D－葡萄糖、D-半乳糖、L-阿拉伯糖、4-氧甲基-D-葡萄糖醛酸及少量L-鼠李糖、L-巖藻糖等。半纖維素主要分為三類，即聚木糖類、

　　聚葡萄甘露糖類和聚半乳糖葡萄甘露糖類。

　　性質：

　　半纖維素的工業利用正在開發，制漿廢液可制酵母，酵母又可抽提出10％的核糖核酸，再衍生為肌苷單磷酸酯和鳥苷單磷酸酯，可用作調味劑、抗癌劑或抗病毒劑等。林產化學品法是先用有機酸使纖維原料預水解，水解殘渣仍可制漿，質量可與未預水解的漿相媲美，而從水解液可分離出戊糖和己糖組分，所得木糖經處理后制成木糖醇，可作增甜劑、增塑劑、表面活性劑；木糖酸可作膠粘劑；聚木糖硫酸酯可作抗凝血劑。半纖維素糖類可發酵制酒精

　　6.木質素的三種結構單元，木質素的結構與性質

　　結構（ 1 ）木質素為天然高分子化合物，具有三維空間結構；木素的超分子結構形式借電子顯微鏡觀察，為球形小粒，并且集聚成為球形聚集體。（ 2 ）為芳香族化合物；（ 3 ）非結晶性；（ 4 ）結構單元為苯丙烷基(三種)；結構單元之間以醚鍵(C-O-C) 和碳－碳鍵(C-C)連結.

　　苯丙烷作為木質素的主體結構單元，共有三種基本結構，即愈瘡木基結構、紫丁香基結構和對羥苯基結構。

　　性質:物理原本木質素是一種白色近無色的物質,分離的木素一般是淡黃色到深褐色,與分離的條件有關。

　　化學(1)顯色反應用苯酚與鹽酸處理木材時，木質素產生藍綠色；用鹽酸苯胺處理，木質素產生黃色；用間苯三酚與鹽酸處理，木質素產生紅紫色，

　　(2)氧化反應如果用臭氧或過氧化氫作用木材，木質素就生成各種有機酸

　　(3)水解反應(磺化)木質素與亞硫酸鹽在高溫下蒸煮，發生磺化反應。

　　(4)光解反應：木材的光降解主要發生于木質素。對光木質素是不穩定的

　　(5)堿液對木質素的作用（脫木素反應）原料中的堿與木素反應，使木質素分子的醚鍵斷裂，生成堿木質素而溶于溶液中。

　　(6)木質素的接枝共聚木質素與烯類單體在催化劑作用下發生接枝共聚反應。

　　7.淀粉分子式，結構與性質

　　淀粉是由若干α-D-葡萄糖分子組成的，按結構可分為直鏈淀粉和支鏈淀粉。分子式(C6H10O5)n

　　1. 水解：

　　2. 顯色反應

　　3. 還原性：淀粉分子的末端雖有自由的苷羥基，卻不顯示還原性。不能成鎩，無變旋現象。 因為苷羥基所占比例太少。

　　8.淀粉，纖維素，半纖維素，木質素為原料能制備哪些化工產品生物材料和生物燃料

　　一、木質素：

　　利用木質素作為橡膠補強劑的方法，屬木質素在橡膠工業中應用的技術領域。其要點是在濃縮的造紙廢液中加進甲醛制成木質素甲醛樹脂，再按比例加入硫磺、氧化鋅、硬脂酸、硫化劑、硫化促進劑、硫化活化劑與橡膠在一定溫度下進行硫化。本發明可使橡膠中填充大量木質素仍不需加軟化劑，這既節省大量橡膠，又可獲得優良性質的硫化膠，同時硫化中不會塵土飛揚污染環境，又使造紙廢液變害為利，有著很大的社會和經濟效益。

　　木質素成本較低，木質素及其衍生物具有多種功能性，可作為分散劑、吸附劑/解吸劑、石油回收助劑、瀝青乳化劑，制漿造紙。

　　1、用作混凝土減水劑：在混凝土中的摻量一般為水泥質量的0.2-0.3%，可以減少用水量10-15%一般與高效減水劑復配使用。

　　2、用作選礦浮選劑和冶煉礦粉粘結劑，冶煉業用木質素磺酸鈣與礦粉混合，制成礦粉球，干燥后放入窯中，可提高冶煉回收率。

　　3、耐火材料：制造耐火材料磚瓦時，使用木質素磺酸鈣做分散劑和粘合劑，能改善操作性能，并有減水、增強、防止龜裂等良好效果。

　　4、陶瓷：用于陶瓷制品可以降低碳含量增加生坯強度，減少塑性粘土用量，泥漿流動性好，提高成品率70－90%，燒結速度由70分鐘減少為40分鐘。

　　5、其它：木質素磺酸鈣還可用于精煉助劑，鑄造，水煤漿分散劑，農藥可濕性粉劑加工，型煤壓制，道路、土壤、粉塵的抑制，制革鞣革填料，炭黑造粒，飼料粘合劑等方面。 木質素磺酸鈉是陰離子表面活性劑,棕黃色粉末。主要用于分散染料和還原染料的分散和填充，具有良好的分散性、耐熱穩定性和高溫分散性，助磨效果良好，對纖維沾污輕，對偶氮染料還原性小。

　　二、半纖維素

　　半纖維素制漿造紙，其廢液可制酵母，酵母又可抽提出10％的核糖核酸，再衍生為肌苷單

　　磷酸酯和鳥苷單磷酸酯，也可用作調味劑、抗癌劑或抗病毒劑等。林產化學品法是先用有機酸使纖維原料預水解，水解殘渣仍可制漿，質量可與未預水解的漿相媲美，而從水解液可分離出戊糖和己糖組分，所得木糖經處理后制成木糖醇，可作增甜劑、增塑劑、表面活性劑；木糖酸可作膠粘劑；聚木糖硫酸酯可作抗凝血劑。半纖維素糖類可發酵制酒精、糠醛也可生產木糖和木糖醇、

　　三、纖維素

　　纖維素的工業作用

　　羧甲基纖維素鈉，俗稱纖維素、羧甲基纖維素、cmc等多種稱呼，是可再生取之不盡用之不竭的化工原料，廣泛地用于紡織，印染，石油鉆探，造紙，陶瓷，合成洗滌，日用化工，石墨制品，鉛筆制造，卷煙，涂料，建筑用膠等行業。

　　在其他工業如干粉砂漿建材，內外墻耐水膩子粉（膏），粘結劑，填縫劑，界面劑，水性涂料，自流平劑等新型建材行業也取得了很大的進步，是有數量和質量都有很大的提高。在造紙業主要有兩種用途：漿內添加和表面施膠，漿內添加的添加量千分之三至千分之五，添加量不大可對紙張的縱向和橫向拉力提高30%至50%，對紙張的使用和書寫起到了很好的作用。表面施膠特別是銅版紙上面做保水劑是其他膠黏劑所不好替代的產品，對紙張的平整度，光潔度都起到了很好的作用

　　四、淀粉

　　淀粉可以看作是葡萄糖的高聚體。淀粉除食用為人體提供的能量外，工業上用于制糊精、麥芽糖、葡萄糖、酒精、制氫氣等，也用于調制印花漿、紡織品的上漿、紙張的上膠、藥物片劑的壓制等。可由玉米、甘薯、野生橡子和葛根等含淀粉的物質中提取而得。

　　淀粉 ：糊精，丙酮 麥芽糖 葡萄糖 乙醇 丙醇，丁醇，戊醇 乙醛，乙烯，乙醚 乙酸 乙酸乙酯

　　纖維素： 葡萄糖 葡萄糖酸，山梨糖醇，甘露糖醇，丙烯酸

　　半纖維素 ：木糖 糠醛 木糖醇，呋喃 四氫呋喃，順丁烯二酸酐

　　木質素： 蒽醌，酚，甲醇

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