木質纖維素化工技術及應用

前言

雖然目前石油、煤、天然氣等化石資源至今仍是燃料和化工利用的主要來源，但隨著化石資源供應形勢的日漸嚴峻和環(huán)境問題的日趨嚴重，開發(fā)新的碳資源利用已成為緊迫課題。生物質是由植物通過光合作用把太陽能固定于地球上的有機物，具有潔凈、可再生、可儲存和可運輸?shù)奶攸c，是唯一可直接轉化為液體燃料和化學品的可再生資源。采用化工技術將生物質轉變?yōu)榭晒├玫囊后w燃料，有利于緩解我國液體燃料嚴重短缺的矛盾，對建立我國多元化的能源結構和提高能源安全具有戰(zhàn)略意義；生物質利用的另一途徑是高效、低能耗地轉化為化學品，滿足人們?nèi)找嬖鲩L的物質需求，降低目前普遍存在的化學產(chǎn)品對石油的依賴，為建立不依賴于石油煉制的工業(yè)生產(chǎn)模式提供新的探索途徑。與石油基產(chǎn)品相比，生物基產(chǎn)品在生產(chǎn)和消費過程中還能有效減少溫室氣體排放，對解決目前日益變暖的全球氣候等環(huán)境問題具有積極意義。木質纖維素作為生物質的主體部分始終是我們關注的焦點。我國從“六五”期間開始較有組織地開展木質纖維素現(xiàn)代化利用工作。前期重點在于沼氣利用，后期主要進行了木質纖維素氣化技術的研究開發(fā)。當前主要進行相關應用技術的產(chǎn)業(yè)化研究和木質纖維素液化技術的前期研究。木質纖維素的能源研究已全面展開，而其化工研究才剛剛起步。2006年Science預計美國到2015年將有25％的化學品來源于生物質，主要為乙醇（用作燃料）及乳酸（用作生物塑料）。2000年，美國“生物質研究與開發(fā)法案”計劃提出：到2020年，美國來自生物質資源的電能與熱能，燃料油、化學品與材料將分別占總量的5％、10％和18％。我國約有25萬多種生物，生物的多樣性決定了供給的多樣性。水稻提供谷殼和秸稈，其含有淀粉、木質素和纖維素。樹木可提供樹干、根、枝、果實及分泌物，含有纖維素、單糖、多糖、松脂、單寧、生漆和植物油等。木質纖維素資源的開發(fā)層次分為兩個平臺——熱化學和生物技術。這兩種方法將木質纖維素分解為小分子物質，并以此為原料再開發(fā)為原料油、化學品和材料。熱化學平臺的開發(fā)，是將木質纖維素殘渣進行熱解，生成合成氣，進而催化合成為化學品或燃料。生物技術平臺的開發(fā)，是以纖維素水解發(fā)酵轉化為途徑，主要以提高乙醇、丁醇或其他生物產(chǎn)品產(chǎn)率為目的?？蓪⑸驘峄瘜W平臺提供的中間產(chǎn)物，根據(jù)市場需求開發(fā)化學品、燃料或材料等。木質纖維素轉化途徑的多樣性，決定了木質纖維素實用性能上的多樣性。利用木質纖維素生產(chǎn)清潔化工品，如合成氣、甲醇、乙醇、二甲醚、汽柴油和精細化學品等。

內(nèi)容概要

　　《木質纖維素化工技術及應用》主要闡述以木質纖維素為原料，生產(chǎn)化學品的工藝技術和產(chǎn)品應用。介紹了木質纖維素的資源特點、氣化合成、水解發(fā)酵、水相催化重整、化學改性及生物基精細化學品合成等化工技術領域的十多種技術工藝；通過理論分析和應用實例相結合，運用較新的研究成果及技術資料，論述各種木質纖維素衍生的甲醇、二甲醚、低碳烯烴、液體烴類、乙醇、丁醇、山梨醇、糠醛、纖維素醚和改性樹脂等十幾種化學品的物理化學性質、反應機理、工藝流程、催化劑及示范工程應用基礎。可為讀者提供有益參考，促進木質纖維素的化工利用技術的發(fā)展和推廣應用?！　　赌举|纖維素化工技術及應用》可供從事新能源、化學工程和生物工程的研究和技術人員閱讀，也可作為大學高年級學生的專業(yè)參考用書和研究生教材。

書籍目錄

前言第1章 木質纖維素資源與利用1.1 木質纖維素資源1.1.1 天然木質纖維素資源1.1.2 木質纖維素能源植物1.2 木質纖維素的利用1.2.1 木質纖維素的直接燃燒1.2.2 木質纖維素的氣化1.2.3 木質纖維素的降解1.2.4 木質纖維素的改性1.2.5 其他參考文獻第2章 生物質氣化合成技術及應用2.1 氣化合成原理2.1.1 氣化過程2.1.2 生物質粗氣中灰分和水分的去除2.1.3 生物質粗氣中焦油的深度凈化2.1.4 生物質氣的組分調(diào)變2.1.5 生物質合成氣制備工藝實例2.1.6 生物質合成氣制備技術存在的難點及前景2.2 甲醇2.2.1 甲醇的物理化學性質2.2.2 生物質氣化合成甲醇轉化的基本原理2.2.3 生物質合成甲醇的工藝示范與應用2.3 二甲醚2.3.1 二甲醚的物理化學性質2.3.2 生物質氣化合成二甲醚過程的基本原理2.3.3 生物質合成二甲醚的示范工程與應用2.3.4 各種二甲醚合成方法的技術經(jīng)濟性分析2.3.5 生物質合成二甲醚的經(jīng)濟性分析2.3.6 生物質合成二甲醚的結論和建議2.4 低碳烯烴2.4.1 低碳烯烴的物理化學性質2.4.2 非石油途徑制備低碳烯烴的基本原理2.4.3 間接法合成低碳烯烴的現(xiàn)狀與發(fā)展2.4.4 發(fā)展木質纖維素氣化合成低碳烯烴的挑戰(zhàn)與機遇2.5 液態(tài)烴類2.5.1 合成氣轉化為液態(tài)烴類過程的基本原理2.5.2 生物質氣化合成液體烴類的示范與應用2.6 生物質氣化合成研究展望參考文獻第3章 水解發(fā)酵技術及應用3.1 木質纖維素水解發(fā)酵制備乙醇3.1.1 乙醇的物理化學性質3.1.2 發(fā)酵乙醇轉化過程的基本原理3.1.3 木質纖維素水解發(fā)酵的示范工程與應用3.2 木質纖維素水解發(fā)酵經(jīng)乙醇制備乙烯3.2.1 乙烯的物理化學性質3.2.2 生物乙醇催化脫水制備乙烯的基本原理3.2.3 生物乙醇催化脫水制乙烯的示范工程與應用3.3 木質纖維素水解發(fā)酵制備丁醇3.3.1 丁醇的物理化學性質與用途3.3.2 木質纖維素水解發(fā)酵制備丁醇的轉化途徑3.3.3 木質纖維素水解發(fā)酵制備丁醇的基本原理3.3.4 木質纖維素水解發(fā)酵制丁醇的示范工程與應用參考文獻第4章 水相重整技術及應用4.1 木質纖維素水相重整制氫氣4.1.1 木質纖維素水相重整制氫的基本原理4.1.2 木質纖維素水相重整制氫的反應機理4.1.3 木質纖維素水相重整制氫的催化劑研究4.2 木質纖維素水相脫水/加氫制取C5-C6烷烴4.2.1 木質纖維素水相脫水/加氫制取C5-C6烷烴的反應機理4.2.2 木質纖維素水相脫水/加氫制取C5-C6烷烴的雙功能催化劑4.2.3 葡萄糖、烷烴產(chǎn)物的能量平衡計算4.3 木質纖維素水相催化制取長鏈烷烴4.3.1 木質纖維素水相重整制長鏈烷烴的反應機理4.3.2 木質纖維素水相重整制烷烴的反應工藝4.4 木質纖維素水相重整的發(fā)展前景參考文獻第5章 纖維素醚和改性樹脂5.1 纖維素醚5.1.1 纖維素醚的結構5.1.2 纖維素醚的分類5.1.3 纖維素醚的制備5.1.4 纖維素醚的通用性質5.1.5 纖維素醚的應用5.1.6 幾種重要纖維素醚簡單介紹5.2 改性樹脂5.2.1 樹脂和木質素的物理化學性質5.2.2 工業(yè)木質素在木材膠黏劑中的應用5.2.3 酚醛樹脂的改性研究5.2.4 脲醛樹脂的改性研究5.2.5 環(huán)氧樹脂的改性研究5.2.6 聚氨酯的改性研究5.2.7 幾種典型的樹脂改性轉化過程5.2.8 其他纖維素改性樹脂的研究參考文獻第6章 生物精細化學品6.1 前言6.2 木質素基精細化學品6.2.1 木質素單體的連接方式和官能團6.2.2 基于木質素的化學轉化6.2.3 木質素基產(chǎn)品的應用6.3 纖維素基精細化學品6.3.1 纖維素的結構6.3.2 纖維素的化學改性6.3.3 纖維素基關鍵化合物及其化學轉化6.4 半纖維素基精細化學品6.4.1 半纖維素的化學改性6.4.2 半纖維素基關鍵化合物及其化學轉化參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：5.1.5 纖維素醚的應用纖維素醚具有許多重要的性質，包括：溶液增稠性，良好水溶性，懸浮或乳膠穩(wěn)定性，保護膠體作用，成膜性，保水性，黏合性能，無毒、無味和生物相容性，觸變性等。除此之外，纖維素醚還有很多獨特的性能：熱致凝膠性，表面活性，泡沫穩(wěn)定性，觸變性，離子活性及添加凝膠作用。由于具備這些特性，纖維素醚在石油開采、紡織、合成洗滌劑、采礦、造紙、食品、醫(yī)藥、化妝品、涂料、建材、聚合反應以及航天航空等諸多領域得以廣泛應用。5.1.5.1 石油工業(yè)羧甲基羥丙基纖維素鈉及羧甲基羥乙基纖維素鈉是一種較好的鉆井泥漿處理劑和配制完井液的材料，造漿率高，抗鹽、抗鈣性能好，有很好的增黏能力、耐溫性（160℃）。適合用來配制淡水、海水和飽和食鹽水鉆井液，在氯化鈣加重下可以配成各種密度（103～127g／cm。）的鉆井液，而且使其具有一定的黏度和較低濾失量，其增黏能力和降濾失量能力都比羥乙基纖維素好，是一種良好的增產(chǎn)石油的助劑。羧甲基纖維素鈉是在石油開采過程中廣泛應用的纖維素衍生物，在鉆井液、固井液、壓裂液以及提高石油開采量方面都有應用，特別在鉆井液中用量較大，主要起降濾失和增黏作用。羥乙基纖維素作為泥漿增稠穩(wěn)定劑應用于鉆井、完井、固井的處理過程中。由于羥乙基纖維素與羧甲基纖維素鈉、瓜耳膠等相比具有增稠效果好、懸砂強、容鹽量高、耐熱好、和道阻力小、液體流失少、破膠塊、殘渣低等特點，已被廣泛采用。5.1.5.2 建筑工業(yè)建筑用筑砌和抹面砂漿摻合料羧甲基纖維素鈉可作為緩凝劑、保水劑，增稠劑和黏結劑，可作為石膏底層以及水泥底層的灰泥、砂漿和地面抹平材的分散劑、保水劑、增稠劑使用。用羧甲基纖維素制成的一種加氣混凝土砌塊專用砌筑和抹面砂漿摻合料，能改善砂漿的和易性、保水性、抗裂性，避免砌塊墻體出現(xiàn)開裂和空鼓。

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《木質纖維素化工技術及應用》是由科學出版社出版的。

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