植物纤维水解技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:化学工业

作者:李淑君 编

出品人:

页数:247

译者:

出版时间:2009-4

价格:49.00元

装帧:

isbn号码:9787122047045

丛书系列:

图书标签:

• 纺织品回用
• 论文
• 植物纤维
• 水解技术
• 生物质转化
• 纤维素
• 半纤维素
• 木质素
• 生物能源
• 环境工程
• 绿色化学
• 工业应用

《生物基材料的化学转化路径：从生物质到高附加值产品》 内容简介： 本书深入探讨了生物质（包括木质纤维素、农作物秸秆、藻类等）作为一种可再生资源，在现代化学工业中扮演的关键角色。不同于传统的化石燃料依赖，本书聚焦于如何利用先进的化学转化技术，将生物质高效、经济地转化为一系列高附加值的化学品、材料和能源。全书围绕“生物基材料的化学转化路径”这一核心主题展开，详细阐述了从原料预处理、关键转化反应到最终产品开发的全过程，为读者提供了一个系统、全面的生物质化学利用的知识体系。 第一部分：生物质资源的构成与特性 在深入探讨转化技术之前，理解生物质资源的内在特性至关重要。本部分首先对几种主要的生物质原料进行分类和详细介绍。 木质纤维素生物质： 这是本书重点关注的原料类型之一。木质纤维素是陆地植物最丰富的有机化合物，其主要组成部分包括纤维素（约占40-50%）、半纤维素（约占20-30%）和木质素（约占15-30%）。本书将详细解析这三种组分的化学结构、物理特性以及它们之间的相互作用。 纤维素： 作为一种线性的葡萄糖聚合物，纤维素具有高度的结晶性和稳定性。本书将探讨其微观结构，如微晶区和无定形区，以及这些结构特征如何影响其可及性和反应活性。我们将介绍不同植物来源的纤维素在结构上的细微差异。 半纤维素： 与纤维素不同，半纤维素的结构更为复杂，是由多种不同的糖类（如木糖、阿拉伯糖、甘露糖、半乳糖）通过β-1,4糖苷键连接形成的不规则聚合物。本书将重点分析不同半纤维素的组成糖单元、连接方式以及其在生物质结构中的分散方式，例如是否与木质素形成共价键。 木质素： 作为一种三维网状结构的复杂芳香聚合物，木质素的降解和转化是生物质化学利用中最具挑战性的环节之一。本书将详细介绍木质素的三种主要单体——对香豆醇、愈创木酚和芥子醇，以及它们之间的不同连接方式（如β-O-4、α-O-4、β-5等），并解释其高稳定性和难降解性的原因。我们还将探讨不同树种（如软木和硬木）的木质素在结构和化学组成上的差异。 农作物秸秆： 包括稻草、麦秆、玉米秸秆等。这些生物质虽然与木质纤维素在主要组成上相似，但其纤维素、半纤维素和木质素的比例以及微观结构可能存在差异。本书将分析不同秸秆的成分构成，例如高硅含量对转化过程可能产生的影响，以及其在生物质利用中的独特优势和挑战。 藻类生物质： 作为一种快速生长、不占用耕地的生物质资源，藻类在生物基材料领域也展现出巨大的潜力。本书将介绍不同类型藻类（如微藻和大型藻）的组成，包括其碳水化合物、蛋白质、脂质等成分，以及其在转化过程中的适用性。 第二部分：生物质的预处理技术 由于生物质的天然结构复杂且高度交联，其组分（特别是纤维素和半纤维素）通常被木质素包裹，形成一种“天然复合材料”，限制了后续转化反应的效率。因此，有效的预处理是释放生物质反应活性的关键步骤。本部分将系统介绍各种主流的预处理技术。 物理预处理： 粉碎与研磨： 降低原料粒径，增加比表面积，提高后续处理的可及性。本书将分析不同粉碎设备（如球磨机、锤式破碎机）的效率和能耗。 蒸汽爆破： 在高温高压下，蒸汽渗透进入生物质内部，当压力骤降时，蒸汽膨胀产生机械力，破坏细胞壁结构，同时蒸汽中的水解作用也能部分降解半纤维素。本书将深入探讨蒸汽爆破的工艺参数（温度、压力、时间）对生物质结构和化学组分的影响。 氨膨胀（AExp）： 利用液氨作为溶剂和膨胀剂，可以有效溶解木质素，膨胀纤维素骨架，从而显著提高纤维素的可及性。本书将详细介绍不同氨处理条件（如液氨、氨水）的效果，以及其对纤维素晶体结构和木质素去除的影响。 化学预处理： 稀酸/稀碱处理： 利用酸或碱催化水解半纤维素和部分木质素，或溶胀纤维素。本书将分析不同酸（如硫酸、盐酸）和碱（如氢氧化钠、氢氧化钾）的浓度、温度、反应时间对原料转化的影响，并讨论其副产物的生成与控制。 有机溶剂预处理： 例如，乙醇水溶液、咪唑类离子液体等。离子液体因其优异的溶解性和稳定性，在木质素溶解和纤维素解聚方面表现出色。本书将详细介绍不同有机溶剂体系对生物质组分的溶解能力，以及它们在提高纤维素可及性方面的优势和局限性。 过氧化氢/臭氧预处理： 这些氧化剂可以有效降解木质素，但需要谨慎控制反应条件以避免过度氧化纤维素。本书将探讨氧化预处理的机理，以及如何优化反应参数以实现选择性降解。 生物预处理： 酶降解： 利用特定的微生物酶（如纤维素酶、半纤维素酶）选择性地降解生物质组分。本书将介绍不同酶的种类、作用机理，以及生物预处理在温和条件下进行、环境友好的优势。 联合预处理： 结合两种或多种预处理方法的优点，实现更高效的组分分离和活化。本书将举例分析如蒸汽爆破-碱处理、稀酸-酶处理等联合工艺的协同效应。 第三部分：关键化学转化平台 预处理后的生物质组分或其水解产物，可以进入不同的化学转化平台，生成各种高附加值的平台化合物。本书将重点介绍几种重要的转化路径。 糖类平台的转化（主要来自纤维素和半纤维素）： 直接催化转化： 溶剂中的酸催化水解： 生产葡萄糖、木糖等单糖，是后续发酵或化学转化的基础。本书将深入分析不同酸催化体系（如均相酸、多相酸）的催化活性、选择性以及副产物（如糠醛、羟甲基糠醛）的生成机理与控制。 酶催化水解（纤维素酶解）： 生产葡萄糖，是生物基乙醇、生物基平台化合物等的重要原料。本书将详细介绍纤维素酶解的动力学模型、酶的协同作用以及影响酶活性的因素（如产物抑制、底物可及性）。 热化学转化： 水热转化： 在高温高压水介质中，将糖类转化为糠醛、羟甲基糠醛（HMF）、左旋葡聚糖等。本书将分析水热转化的机理，以及通过调节温度、压力、pH值等参数来实现目标产物的选择性制备。 生物转化： 微生物发酵： 利用微生物将葡萄糖、木糖等发酵生产生物乙醇、乳酸、丁醇、琥珀酸等生物基化学品。本书将概述主流的发酵菌株、发酵工艺以及下游分离技术。 木质素平台的转化（挑战与机遇）： 热解与气化： 将木质素转化为生物油、合成气等。本书将分析不同热解模式（如快速热解、慢速热解）对产物分布的影响，以及气化技术在合成气制备中的应用。 选择性催化转化： 加氢解聚： 在催化剂作用下，断裂木质素中的芳香环与脂肪链之间的化学键，生产酚类化合物（如苯酚、对羟基苯甲醛）、芳香烃等。本书将重点介绍不同催化剂体系（如贵金属催化剂、氧化物催化剂）在木质素解聚中的活性和选择性，以及反应机理。 氧化/脱氢转化： 生产醌类、芳香醛等。本书将讨论选择性氧化木质素的挑战，以及如何利用氧化剂和催化剂实现目标产物的定向合成。 其他转化： 如生物催化脱木质素、质子酸催化转化等。 油脂平台的转化（主要来自藻类和某些农作物）： 酯交换/转酯化： 生产生物柴油。本书将概述催化剂（均相/非均相）、反应条件对生物柴油收率和质量的影响。 催化裂化/加氢裂化： 生产航空燃油、柴油组分等。 生产生物基增塑剂、表面活性剂等。 第四部分：生物基材料的开发与应用 本部分将聚焦于利用生物质转化得到的平台化合物，开发各类生物基材料，实现从“生物质到产品”的全链条价值提升。 生物基聚合物： 聚乳酸（PLA）： 由乳酸单体聚合而成，是目前最主要的生物基可降解塑料之一。本书将探讨PLA的合成工艺、材料性能及其在包装、纺织、医疗等领域的应用。 聚羟基脂肪酸酯（PHA）： 由微生物合成的生物可降解聚酯。本书将介绍PHA的微生物合成过程、不同类型PHA的性能差异以及其作为生物塑料的潜力。 生物基聚氨酯（PU）： 利用生物基多元醇和异氰酸酯合成，具有良好的柔韧性和耐磨性。本书将分析生物基多元醇的来源和合成，以及生物基PU在泡沫、涂料、粘合剂等领域的应用。 生物基环氧树脂： 利用生物基单体（如环氧氯丙烷衍生物、多酚类化合物）合成，具有良好的机械性能和耐化学性。 生物基尼龙（聚酰胺）： 如PA11、PA610等，具有良好的力学性能和耐热性。 生物基化学品： 生物基溶剂： 如生物基乙醇、生物基甘油衍生物等，可替代传统的石油基溶剂。 生物基表面活性剂： 如生物基烷基糖苷（APGs）等，具有良好的生物降解性和低毒性。 生物基增塑剂、香料、医药中间体等。 生物基能源： 生物乙醇、生物柴油、沼气等。 生物质气化制合成气，再转化为液体燃料。 第五部分：技术挑战与未来展望 本书的最后一部分将总结当前生物质化学转化技术所面临的主要挑战，并对该领域未来的发展趋势进行展望。 技术挑战： 原料成本与稳定性： 生物质原料的收集、运输、储存成本较高，且成分受季节、地理位置等因素影响较大。 预处理效率与能耗： 提高预处理效率、降低能耗是实现经济性转化的关键。 木质素转化的效率与选择性： 如何高效、选择性地将木质素转化为高附加值产品是行业内的重大难题。 催化剂的开发与稳定性： 开发高效、长寿命、低成本的催化剂是推动技术进步的重要因素。 产品分离与纯化： 生物质转化产物复杂，分离纯化技术需要不断优化。 工艺放大与工程化： 将实验室研究成果转化为大规模工业生产仍面临诸多工程挑战。 未来展望： 集成化与智能化： 构建集原料预处理、转化、分离于一体的集成化工艺，并引入人工智能和大数据技术优化工艺参数。 多联产模式： 同一生物质原料通过不同工艺路径，生产多种产品，提高经济效益。 生物催化与酶工程的进一步发展： 利用基因工程和定向进化技术，开发更高活性、更具选择性的酶，推动生物转化技术。 循环经济与绿色化学： 关注全生命周期环境影响，开发更环境友好的转化技术，实现可持续发展。 新材料的探索： 基于生物质开发的创新型功能材料。 本书旨在为从事生物质能源、生物基材料、绿色化学、环境工程等领域的研究人员、工程师、学生以及对可持续发展和生物经济感兴趣的读者提供一份详实、前沿的参考资料。通过系统梳理生物基材料的化学转化路径，本书期望能启发读者对生物质资源的深度开发利用，推动绿色化学产业的发展，为构建更加可持续的未来贡献力量。

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说实话，我刚拿到《植物纤维水解技术》的时候，有点担心它会过于偏重晦涩的化学反应式和复杂的反应动力学模型，毕竟“水解技术”这个名字听起来就挺硬核的。然而，阅读体验出乎我的意料地流畅。作者在构建整体框架时，非常注重逻辑递进，从宏观的原料选择——比如不同农作物秸秆的化学组成差异分析，到微观的纤维素微晶区的暴露策略，层层深入。最让我感到惊喜的是关于“糖化效率提升策略”的探讨。它不仅详细介绍了各种商业化酶制剂的性能参数，还非常细致地分析了水解液中抑制物（如糠醛、羟甲基糠醛）的生成机理及其对微生物发酵的毒性影响，并提出了多种后处理和解毒方案。这些内容对于我们进行后续的生物转化步骤至关重要，因为中间产物的纯度直接决定了最终产品的成本和可行性。这本书的文字表达清晰有力，图表制作精良，即便是初次接触这个领域的学生，也能通过它建立起一个扎实而全面的技术认知体系。

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作为一名侧重于生物质材料改性的研究者，我更看重纤维素水解产物——葡萄糖、木糖等单糖的应用潜力，而不仅仅是将其视为燃料的中间体。在这方面，《植物纤维水解技术》提供了非常宝贵的视角。书中关于“水解产物的高值化利用”的章节虽然篇幅相对精炼，但信息密度极高。它不仅涵盖了传统的乙醇发酵路径，还引入了如何利用这些单糖通过微生物或化学转化生产生物基塑料单体（如乳酸、琥珀酸）的最新研究进展。我特别留意到书中对于多糖水解产物分离纯化的技术论述，比如色谱分离、膜分离技术在去除杂糖和抑制物方面的应用细节。作者在描述这些分离步骤时，非常注重成本效益分析，明确指出了不同纯度要求下的技术选择权衡。这本书的深度在于，它将水解技术置于整个生物炼制产业链中进行考量，拓宽了我们对纤维素资源化利用的想象空间。

评分☆☆☆☆☆

这本新近出版的《植物纤维水解技术》实在让人眼前一亮，尤其是对于那些正在从事生物质能源研究或者对可持续材料开发感兴趣的同行来说，简直就是一本及时雨。我个人关注的重点在于生物燃料的转化效率和酶促反应的优化路径。这本书在介绍基础的纤维素结构和木质素分离技术时，并没有停留在教科书式的罗列，而是非常深入地探讨了不同预处理方法（比如离子液体处理、超临界水解）对后续酶解效率的影响机制。作者似乎花费了大量精力去梳理和对比不同菌株来源的纤维素酶的活性特点，从分子动力学模拟的角度解释了酶与底物结合的动力学过程。我特别欣赏其中关于“反应器设计与规模化放大”的章节，它不仅仅是理论推导，更是结合了工业化案例，讨论了搅拌速率、温度梯度控制对最终产糖率的实际影响，这对于我们这些想把实验室成果推向中试车间的科研人员来说，提供了宝贵的工程化思路和避坑指南。总的来说，这本书在技术细节的深度挖掘和工程实践的衔接上做得非常到位，绝对值得所有相关领域的专业人士收藏。

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老实说，阅读技术类书籍最怕的就是内容陈旧或者理论过于孤立。《植物纤维水解技术》在这两点上做得非常出色。它不仅详尽地回顾了经典的水解理论，比如NREL（美国国家可再生能源实验室）的基准测试方案，更融入了近五年内全球范围内在纤维素酶工程和底物修饰方面取得的突破性进展。书中的参考文献部分非常详实且具有时效性，这对于需要进行深入文献调研的读者来说是巨大的福音。我尤其喜欢它对“酶协同作用”的深入剖析，解释了外切酶和内切酶如何协同破坏结晶结构，以及添加辅助酶（如Lytic Polysaccharide Monooxygenases, LPMOs）对提高水解速率的巨大潜力。这种将历史脉络、当前主流技术与未来突破点有机结合的叙事方式，让这本书读起来既有扎实的理论基础，又充满了对行业发展方向的洞察力，是一本非常值得反复研读的专业著作。

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我关注点主要集中在绿色化学和环境友好型工艺的开发上。因此，我在翻阅《植物纤维水解技术》时，主要留意了其中关于“非酶法水解”的部分。这本书对酸催化水解（无论是稀酸还是浓酸）的反应条件敏感性进行了详尽的对比分析，特别是关于设备腐蚀和废水处理的挑战，都有坦诚的论述。令我印象深刻的是，作者并没有简单地推崇某一特定技术，而是用一种非常客观的批判性视角，评估了每种方法的能耗、原子经济性和环境足迹。例如，书中对于超声波辅助水解或微波辅助水解这种新兴技术的描述，就不仅仅停留在“加速反应”的表面，而是深入剖析了这些物理场如何改变了水分子与纤维素之间的氢键网络，从而降低了活化能。这种平衡了前沿探索与实际约束的写作风格，使得这本书的参考价值远超一般技术手册，它更像是一本引导我们思考未来技术路线的路线图。

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