生物炼制考试题回忆版

中文名称、分子结构式（20分）

填空题（20分）

生物炼制中的转化反应式

简答（20分）

1、生物炼制：以可再生的生物质为原料，经过生物、化学、物理方法或这几种方法集成的方法，生产一系列化学品、材料与能源的新型工业模式。

2、生物催化

化学催化

物理方法

……

燃料

生物质热、电化学品

材料

生物合成平台

生物炼制的原料和产品

生物炼制原料：

木质纤维素(纤维素、半纤维素、木质素）

糖基化学品（淀粉、单糖、多糖）

生物基油脂

蛋白基材料

……

生物炼制产品：

生物能源：燃料乙醇、生物柴油、微藻能源、生物制氢

生物基材料：纤维、塑料、橡胶

生物基化学品：大宗平台化合物和精细化学品

3、木质纤维素的化学组成

半乳糖二酸

（1）纤维素的糖化作用

1819年，法国植物化学家Henri Braconnot 发现帆布水解可得到与淀粉水解相同的糖。（2）草酸

1829年，锯屑和类似原料与KOH共热，可得到草酸。

（3）木炸药和硝化纤维

1833年，Braconnot硝酸处理木质纤维或淀粉可形成一种可燃性化合物（木炸药，xyloidin）；1846年，瑞士巴塞尔的化学教授Christian Friedrich Schonbein开发了硝化纤维（火棉nitrocellulose）

（4）纤维素

1839年，法国糖厂经理Anselme Payen发现木材经硝酸和NaOH处理后可得到纤维素，并且在浓硫酸作用下可转换为D-葡萄糖。

（5）乙酰丙酸

1840年，荷兰化学教授Gerardus Johannes Mulder 发现果糖和盐酸共沸可合成乙酰丙酸（Levulinic acid）。（机理？）

（8）木质纤维素

1903年，英国科学家Edward John Bevan 和Charles Frederick Cross 认为木质纤维素为五大天然纤维素之一，木质素和纤维素之间通过化学键相连。

20世纪30年代末期出现了木质纤维原料一词(lignocellulose feedstock),

1942年，美国的文献中开始使用木质纤维素这一术语。

（1）从木材生产纸和纸浆。

（2）可溶性纤维衍生物、黏胶以及其他纤维素基合成纤维。

（3）从木材制取糖类产品和木材液化物

（4）从木质素生产香草醛

（5)纤维素硝化物（火棉和胶棉）

（6）糠醛和尼龙

木质素的结构单元

4.对松柏醇

5. 对芥子醇

6. 对香豆醇4. 对松柏醇 5. 对芥子醇 6. 对香豆醇纤维素的化学结构

结构特点：直链,氢键作用强,成晶体,难水解

木质纤维素预处理(Pretreatment)

三个主要目的:

1.除去木质素的阻碍, 增加纤维可接触度

2. 分出半纤维和半纤维水解而产的混合糖

3. 减少纤维结晶度，促进纤维素的水解

4.不增加糠醛等对后续发酵有影响的物质

蒸汽爆破法

木质生物资源的蒸汽爆破预处理方法可有效地分离出活性纤维

不用或少用化学药品，对环境无污染

近年来研究得较多,技术成熟

稀酸水解法

优点：成本: 低,主要是稀硫酸

操作: 很少的设备腐蚀

工业化: 有大规模工业应用潜力,IOGEN公司中试所采用的方法。

实际的效果: 完全能达到预处理目的

缺点：酸的中和带来无机物污染

后续的纤维水解酶价格高

酸水解后半纤维水解混合糖的利用(涉及浓度高低问题)

酸处理副产物糠醛等对发酵影响

（1）蒸汽爆破法（2）稀酸水解法

（3）低温氨爆破法（4）二氧化碳爆破法（5）球磨法（6）溶剂法

纤维素基产品链：（1）葡萄糖（2）山梨醇（3）葡糖苷（4）果糖

（5）乙醇（6）羟甲基糠醛（HMF)（7）乙酰丙酸

2，D 葡萄糖转化为异山梨醇

山梨醇甜度约为蔗糖的50%。

吸湿性适宜，广泛作为添加剂应用于造纸、纤维、烟草、化妆品、皮革、制药、食品、化工等行业。

化工应用：生产维生素C、醇酸树脂、表面活性剂、炸药等。

Raney Ni ,100-150 atm, 100-150 O C

果糖转化为FDCA

果糖转化为LEV A

木糖转化为MTHF

(1) Ni，H2，

Raney Ni，H2，200℃

(2) Cu-Cr, H2

木糖转化为THF

催化脱羰

糠醛生产尼龙工艺

纤维素乙醇的生产技术

生物化学法

——纤维素水解成可发酵单糖，进而通过微生物发酵生成燃料乙醇 热化学法

——将生物质通过热转化过程生成合成气，再通过化学合成或微生物发酵生成燃料乙醇。

SHF ：分布水解和发酵工艺

SSF ：同步糖化发酵工艺

SSCF ：同时糖化和共发酵工艺

CPB ：统和生物工艺

生物化学法技术瓶颈

—原料预处理技术

—低成本的纤维素酶制备

—纤维素酶解和糖发酵技术

—C5糖和木质素的综合利用技术

生物柴油定义

植物油、动物油、废餐饮油等原料油与甲醇(或乙醇) 经酯交换反应而得的长链脂肪酸甲(乙)酯。

无毒、可生物降解、可再生的清洁燃料。

能与柴油以任意比例混合或直接在柴油机上使用。

能减少温室气体排放（60%）、降低空气污染。

被称作“液体太阳能燃料”和“绿色燃料”。 CH 3(CH 2)nCO 2R CH 2O 2C(CH 2)nCH 3CHO 2C(CH 2)nCH 3

CH 2O 2C(CH 2)nCH 3ROH + 3CH 2OH CHOH CH 2OH

+ 3R = Me, Et et al Biodiesel