《生物質轉化利用》較為系統地介紹了近年來通過化學方法和技術轉化利用木質纖維素類生物質的相關進展。首先介紹了木質纖維素類生物質的組成、結構特點及其化學轉化利用面臨的科學和技術上的挑戰。以化學反應特點為線索,提出了木質纖維素類生物質轉化利用可能涉及的各種轉化反應、工藝及其特點。
在此基礎上,以從簡到繁的原則,介紹了以生物質基小分子油類(油脂)、小分子糖類、生物質纖維素組分、生物質半纖維素組分、生物質木質素組分、生物質整體為原料,製備能源和化學品的轉化進展,在生物質整體轉化方面主要介紹了整體氣化和整體液化的進展,並對生物質轉化利用提出了若干可能的發展方向。
目錄
總序
前言
第1章 緒論 1
1.1 生物質與化學的發展 1
1.2 碳迴圈與化學 2
1.3 生物質轉化的重要性 2
參考文獻 3
第2章 生物質 5
2.1 生物質概述 5
2.2 木質纖維素類生物質的重要組成與分析方法 6
2.3 木質纖維素類生物質各組分的結構特徵 7
2.4 生物質轉化面臨的挑戰 11
2.5 木質纖維素類生物質轉化過程中涉及的主要化學反應 14
參考文獻 18
第3章 油類生物質的轉化 22
3.1 油脂酯交換(化)製備生物柴油 23
3.1.1 均相催化法 24
3.1.2 非均相催化法 29
3.1.3 超臨界法 34
3.1.4 生物酶催化法 35
3.1.5 離子液體法 36
3.2 油脂催化合成生物航空燃料 37
3.2.1 生物航空燃料簡介 38
3.2.2 生物航空煤油的生產技術 40
參考文獻 43
第4章 糖類化合物的轉化 46
4.1 木糖的轉化 47
4.1.1 合成糠醛 48
4.1.2 合成糠醇 52
4.1.3 合成乳酸 54
4.2 果糖的轉化 56
4.2.1 合成5-羥甲基糠醛 57
4.2.2 合成乙醯丙酸 65
4.2.3 合成2, 5-呋喃二甲醛 68
4.2.4 合成5-乙氧基甲基糠醛 71
4.2.5 合成γ -戊內酯 76
4.3 葡萄糖的轉化 82
4.3.1 合成葡萄糖酸 82
4.3.2 合成山梨醇 86
4.3.3 合成左旋葡萄糖酮 91
4.3.4 合成果糖 94
4.3.5 合成5-羥甲基糠醛 106
4.3.6 合成乳酸 112
4.4 展望 114
參考文獻 114
第5章 纖維素的轉化 134
5.1 合成纖維素衍生的寡聚糖 136
5.1.1 水解 136
5.1.2 離子液體 138
5.2 合成六碳單糖 139
5.2.1 酶催化 140
5.2.2 液體酸催化 142
5.2.3 固體酸催化 144
5.3 合成5-羥甲基糠醛 147
5.3.1 單相溶劑體系 148
5.3.2 雙相溶劑體系 149
5.3.3 離子液體 150
5.4 合成乙醯丙酸 151
5.4.1 催化劑 151
5.4.2 溶劑體系 153
5.5 合成乳酸和乙醇酸等羥基酸 155
5.5.1 水熱條件 156
5.5.2 酸催化劑 156
5.5.3 堿催化劑 158
5.5.4 金屬鹽 159
5.6 合成γ-戊內酯 160
5.6.1 由LA製備GVL 161
5.6.2 由纖維素製備GVL 163
5.7 合成山梨醇 166
5.7.1 可溶性酸/金屬催化劑體系 167
5.7.2 原位生成H+/金屬催化劑體系 167
5.8 合成二元醇 169
參考文獻 171
第6章 半纖維素的轉化 174
6.1 合成半纖維素衍生的寡聚糖 177
6.1.1 有機溶劑 177
6.1.2 水溶劑 178
6.1.3 離子液體 181
6.1.4 超臨界流體 181
6.2 合成五碳單糖 181
6.2.1 酶解法 182
6.2.2 水熱處理法 182
6.2.3 酸水解法 183
6.2.4 金屬鹽處理 187
6.2.5 堿水解法 187
6.2.6 微波水解處理 188
6.3 合成糠醛 188
6.3.1 均相催化體系 190
6.3.2 固體催化劑 194
6.4 合成乳酸和乙醇酸等羥基酸 196
6.5 合成γ-戊內酯 198
6.6 合成木糖醇 199
6.7 合成二元醇 200
參考文獻 202
第7章 木質素的轉化 205
7.1 合成木質素衍生的寡聚物 208
7.1.1 水溶劑 209
7.1.2 有機溶劑 211
7.1.3 離子液體 213
7.1.4 木質素寡聚物的重聚反應 215
7.2 合成單酚產物 216
7.2.1 單酚產物的理論收率 217
7.2.2 催化水解製備單酚 217
7.2.3 金屬催化氫解製備單酚 219
7.2.4 氫源 226
7.2.5 一步策略選擇性轉化木質素製備單酚 227
7.2.6 兩步策略選擇性轉化木質素製備單酚 230
7.3 合成酮或醇 232
7.3.1 催化劑的影響 233
7.3.2 溶劑的作用 234
7.4 加氫去氧合成烴類產物 235
7.5 合成芳香醛、羧酸 239
參考文獻 243
第8章 生物質氣化 247
8.1 生物質氣化為燃料氣 249
8.1.1 生物質氣化的基本過程和基本參數 249
8.1.2 生物質氣化的影響因素 253
8.1.3 生物質氣化過程中的焦油問題 261
8.1.4 生物質氣化新技術 268
8.2 生物質氣化為合成氣 269
8.2.1 調整H2/CO化學當量比的基本原則和方法 270
8.2.2 催化劑 271
8.3 生物質氣化為低碳烯 271
8.3.1 原料對生物質氣化為低碳烯烴的影響 272
8.3.2 催化劑對生物質氣化為低碳烯烴的影響 274
8.4 由低碳烯合成燃油 277
8.4.1 烯烴齊聚反應的概念 277
8.4.2 烯烴齊聚反應機理 278
8.4.3 烯烴齊聚反應催化劑 280
8.4.4 亟待解決的問題 285
參考文獻 285
第9章 生物質的熱解轉化 288
9.1 生物質快速熱解 288
9.1.1 生物質快速熱解的概念 288
9.1.2 生物質快速熱解遵循的原則 289
9.1.3 生物質快速熱解的反應路徑和機理 290
9.1.4 生物質快速熱解產物特徵 296
9.2 生物質催化熱解 301
9.2.1 生物質催化熱解中的化學反應 301
9.2.2 生物質催化熱解中的催化劑 305
9.3 生物質熱解油的提質 319
9.3.1 生物油的物理提質 319
9.3.2 生物油的催化提質 321
9.3.3 用於生物油化學提質的其他方法 324
參考文獻 328
前言
第1章 緒論 1
1.1 生物質與化學的發展 1
1.2 碳迴圈與化學 2
1.3 生物質轉化的重要性 2
參考文獻 3
第2章 生物質 5
2.1 生物質概述 5
2.2 木質纖維素類生物質的重要組成與分析方法 6
2.3 木質纖維素類生物質各組分的結構特徵 7
2.4 生物質轉化面臨的挑戰 11
2.5 木質纖維素類生物質轉化過程中涉及的主要化學反應 14
參考文獻 18
第3章 油類生物質的轉化 22
3.1 油脂酯交換(化)製備生物柴油 23
3.1.1 均相催化法 24
3.1.2 非均相催化法 29
3.1.3 超臨界法 34
3.1.4 生物酶催化法 35
3.1.5 離子液體法 36
3.2 油脂催化合成生物航空燃料 37
3.2.1 生物航空燃料簡介 38
3.2.2 生物航空煤油的生產技術 40
參考文獻 43
第4章 糖類化合物的轉化 46
4.1 木糖的轉化 47
4.1.1 合成糠醛 48
4.1.2 合成糠醇 52
4.1.3 合成乳酸 54
4.2 果糖的轉化 56
4.2.1 合成5-羥甲基糠醛 57
4.2.2 合成乙醯丙酸 65
4.2.3 合成2, 5-呋喃二甲醛 68
4.2.4 合成5-乙氧基甲基糠醛 71
4.2.5 合成γ -戊內酯 76
4.3 葡萄糖的轉化 82
4.3.1 合成葡萄糖酸 82
4.3.2 合成山梨醇 86
4.3.3 合成左旋葡萄糖酮 91
4.3.4 合成果糖 94
4.3.5 合成5-羥甲基糠醛 106
4.3.6 合成乳酸 112
4.4 展望 114
參考文獻 114
第5章 纖維素的轉化 134
5.1 合成纖維素衍生的寡聚糖 136
5.1.1 水解 136
5.1.2 離子液體 138
5.2 合成六碳單糖 139
5.2.1 酶催化 140
5.2.2 液體酸催化 142
5.2.3 固體酸催化 144
5.3 合成5-羥甲基糠醛 147
5.3.1 單相溶劑體系 148
5.3.2 雙相溶劑體系 149
5.3.3 離子液體 150
5.4 合成乙醯丙酸 151
5.4.1 催化劑 151
5.4.2 溶劑體系 153
5.5 合成乳酸和乙醇酸等羥基酸 155
5.5.1 水熱條件 156
5.5.2 酸催化劑 156
5.5.3 堿催化劑 158
5.5.4 金屬鹽 159
5.6 合成γ-戊內酯 160
5.6.1 由LA製備GVL 161
5.6.2 由纖維素製備GVL 163
5.7 合成山梨醇 166
5.7.1 可溶性酸/金屬催化劑體系 167
5.7.2 原位生成H+/金屬催化劑體系 167
5.8 合成二元醇 169
參考文獻 171
第6章 半纖維素的轉化 174
6.1 合成半纖維素衍生的寡聚糖 177
6.1.1 有機溶劑 177
6.1.2 水溶劑 178
6.1.3 離子液體 181
6.1.4 超臨界流體 181
6.2 合成五碳單糖 181
6.2.1 酶解法 182
6.2.2 水熱處理法 182
6.2.3 酸水解法 183
6.2.4 金屬鹽處理 187
6.2.5 堿水解法 187
6.2.6 微波水解處理 188
6.3 合成糠醛 188
6.3.1 均相催化體系 190
6.3.2 固體催化劑 194
6.4 合成乳酸和乙醇酸等羥基酸 196
6.5 合成γ-戊內酯 198
6.6 合成木糖醇 199
6.7 合成二元醇 200
參考文獻 202
第7章 木質素的轉化 205
7.1 合成木質素衍生的寡聚物 208
7.1.1 水溶劑 209
7.1.2 有機溶劑 211
7.1.3 離子液體 213
7.1.4 木質素寡聚物的重聚反應 215
7.2 合成單酚產物 216
7.2.1 單酚產物的理論收率 217
7.2.2 催化水解製備單酚 217
7.2.3 金屬催化氫解製備單酚 219
7.2.4 氫源 226
7.2.5 一步策略選擇性轉化木質素製備單酚 227
7.2.6 兩步策略選擇性轉化木質素製備單酚 230
7.3 合成酮或醇 232
7.3.1 催化劑的影響 233
7.3.2 溶劑的作用 234
7.4 加氫去氧合成烴類產物 235
7.5 合成芳香醛、羧酸 239
參考文獻 243
第8章 生物質氣化 247
8.1 生物質氣化為燃料氣 249
8.1.1 生物質氣化的基本過程和基本參數 249
8.1.2 生物質氣化的影響因素 253
8.1.3 生物質氣化過程中的焦油問題 261
8.1.4 生物質氣化新技術 268
8.2 生物質氣化為合成氣 269
8.2.1 調整H2/CO化學當量比的基本原則和方法 270
8.2.2 催化劑 271
8.3 生物質氣化為低碳烯 271
8.3.1 原料對生物質氣化為低碳烯烴的影響 272
8.3.2 催化劑對生物質氣化為低碳烯烴的影響 274
8.4 由低碳烯合成燃油 277
8.4.1 烯烴齊聚反應的概念 277
8.4.2 烯烴齊聚反應機理 278
8.4.3 烯烴齊聚反應催化劑 280
8.4.4 亟待解決的問題 285
參考文獻 285
第9章 生物質的熱解轉化 288
9.1 生物質快速熱解 288
9.1.1 生物質快速熱解的概念 288
9.1.2 生物質快速熱解遵循的原則 289
9.1.3 生物質快速熱解的反應路徑和機理 290
9.1.4 生物質快速熱解產物特徵 296
9.2 生物質催化熱解 301
9.2.1 生物質催化熱解中的化學反應 301
9.2.2 生物質催化熱解中的催化劑 305
9.3 生物質熱解油的提質 319
9.3.1 生物油的物理提質 319
9.3.2 生物油的催化提質 321
9.3.3 用於生物油化學提質的其他方法 324
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