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第一篇 绪论3

第一章 木糖型生物质资源及生物炼制概述3

1.1 生物质资源简介3

1.1.1 资源、能源及环境危机3

1.1.2 生物质的定义4

1.1.3 生物质的分类及特点4

1.2 生物炼制6

1.2.1 生物炼制的概念6

1.2.2 生物炼制的技术现状8

1.2.3 生物质炼制的发展战略9

1.2.4 生物炼制体系11

1.2.5 生物炼制的前景与展望13

1.3 木质纤维素原料及玉米芯资源14

1.3.1 木质纤维素原料及其分类14

1.3.2 玉米芯资源15

1.3.3 玉米芯及木质纤维素原料组成成分的对比18

1.3.4 木质纤维素原料及玉米芯的组织结构层次21

1.4 木糖型生物质炼制方案及产品22

1.4.1 木质纤维素生物炼制技术方案22

1.4.2 玉米芯生物炼制技术方案25

主要参考文献30

第二篇 木糖型半纤维素生物炼制的理论与技术33

第二章 半纤维素的性质及产品33

2.1 半纤维素的化学结构33

2.2 半纤维素的化学性质36

2.3 半纤维素生物炼制的方法及应用36

第三章 木糖及木糖醇的生产38

3.1 木糖及木糖醇概述38

3.1.1 木糖38

3.1.2 木糖醇38

3.2 半纤维素酸水解生产木糖39

3.2.1 预处理工艺39

3.2.2 水解原理40

3.2.3 玉米芯水解工艺流程41

3.3 木糖醇的生产技术41

3.3.1 固液萃取法41

3.3.2 化学合成法42

3.3.3 微生物发酵法45

3.3.4 研究进展49

3.4 木糖及木糖醇的应用52

3.4.1 木糖的用途52

3.4.2 木糖醇的用途52

第四章 糠醛的生产54

4.1 糠醛概述54

4.1.1 糠醛的物理性质54

4.1.2 糠醛的化学性质55

4.2 糠醛生产的转化过程55

4.2.1 生产糠醛的原料55

4.2.2 催化剂的选择56

4.2.3 木糖脱水制备糠醛的原理57

4.3 糠醛生产技术59

4.3.1 一步法糠醛生产技术59

4.3.2 两步法糠醛生产工艺60

4.3.3 糠醛生产新工艺的概述61

4.4 典型生产的工艺过程62

4.4.1 我国糠醛生产的水解工艺62

4.4.2 美国Quaker Oats公司糠醛间歇式蒸煮-精制工艺63

4.4.3 罗西法间歇式糠醛生产工艺64

4.4.4 罗森柳（赛佛）法间歇生产工艺65

4.4.5 “农业呋喃”法间歇式糠醛生产工艺65

4.4.6 超高温水解工艺66

4.4.7 斯忒克水解工艺68

4.4.8 超高得率水解工艺69

4.5 糠醛的分离与净化71

4.5.1 蒸馏法71

4.5.2 液液萃取法74

4.5.3 超临界萃取法75

4.5.4 吸附法75

4.6 工业糠醛质量指标76

4.7 糠醛技术的经济指标76

第五章 糠醇的生产77

5.1 糠醇的性质和用途77

5.1.1 糠醇的主要性质77

5.1.2 糠醇的用途77

5.2 糠醇的生产技术77

5.2.1 催化剂的选择和制备78

5.2.2 原材料的特性78

5.2.3 我国中压液相加氢糠醇生产工艺78

5.2.4 美国高压液相加氢糠醇生产工艺79

5.2.5 原苏联中压气液相加氢糠醇生产工艺80

5.2.6 芬兰罗森柳低压气相加氢糠醇生产工艺80

5.2.7 影响糠醇得率的因素82

5.3 糠醇的质量指标82

5.4 糠醇生产技术的经济指标82

5.5 糠醇及其聚合物83

5.6 糠醇树脂83

第六章 糠醛衍生产品的应用及进展84

6.1 糠醛的主要衍生物84

6.1.1 糠醛的氧化产品84

6.1.2 糠醛的氢化产品85

6.1.3 脱羰基反应85

6.1.4 缩合反应86

6.1.5 其他反应方法制取糠醛衍生物87

6.2 糠醛及其衍生产品的应用87

6.2.1 在香料合成中的应用87

6.2.2 在药物合成领域的应用88

6.2.3 在有机溶剂方面的应用88

6.2.4 在合成纤维领域的应用89

6.2.5 在食品行业中的应用89

6.2.6 在生物燃料方面的应用89

6.3 糠醛及糠醛聚合物的研究进展90

6.3.1 糠醛和5-羟甲基糠醛91

6.3.2 共轭聚合物91

6.3.3 聚酯92

6.3.4 Diels-Alder反应系统93

6.3.5 其他体系95

6.3.6 展望95

主要参考文献95

第三篇 生物质酸水解后纤维素炼制理论与技术99

第七章 纤维素的性质及其产品99

7.1 纤维素的结构99

7.1.1 纤维素的化学结构99

7.1.2 纤维素的物理结构99

7.2 纤维素的物理性质102

7.2.1 纤维素的吸湿与解吸102

7.2.2 纤维素的润胀与溶解102

7.2.3 纤维素的电化学性质103

7.3 纤维素的化学性质104

7.3.1 纤维素的降解反应104

7.3.2 纤维素的酯化和醚化反应106

7.4 纤维素的改性产品108

7.4.1 纤维素的酯化产品108

7.4.2 纤维素的醚化产品110

7.4.3 微晶纤维素113

7.5 玉米芯酸水解后纤维素及炼制过程115

7.5.1 玉米芯酸水解后原料的变化115

7.5.2 玉米芯酸水解后纤维素炼制115

第八章 纤维素的水解技术119

8.1 纤维素的酸水解工艺119

8.1.1 酸水解机理119

8.1.2 浓酸水解工艺120

8.1.3 稀酸水解工艺122

8.1.4 有机酸水解124

8.2 纤维素的酶水解技术124

8.2.1 酶解前预处理技术125

8.2.2 影响纤维素酶水解的因素132

8.3 玉米芯纤维素水解研究135

8.4 酵母促进糠醛渣纤维素酶水解138

8.4.1 技术背景及技术过程138

8.4.2 酵母促进糠醛渣纤维素酶水解技术特点139

第九章 以糠醛渣纤维为诱导底物的纤维素酶生产140

9.1 纤维素酶的结构及其作用机理140

9.1.1 纤维素酶的结构140

9.1.2 纤维素酶的反应机制140

9.2 生产纤维素酶的菌种141

9.2.1 绿色木霉141

9.2.2 拟康氏木霉142

9.2.3 康宁木霉142

9.2.4 黑曲霉143

9.2.5 里氏木霉143

9.2.6 粗糙脉胞菌144

9.3 菌种的选育144

9.4 纤维素酶的生产方法145

9.4.1 固态发酵145

9.4.2 深层液态发酵145

9.5 表面活性剂对纤维素酶的影响145

9.5.1 表面活性剂对酶解机制的影响146

9.5.2 表面活性剂在酶解发酵中的应用146

9.6 4种霉菌种利用糠醛渣和微晶纤维素生产纤维素酶的比较147

9.6.1 微晶纤维素培养基上菌种的产酶比较147

9.6.2 糠醛渣培养基上菌种的产酶比较149

9.6.3 微晶纤维素与糠醛渣对纤维素酶滤纸酶活力的影响比较150

9.6.4 菌种对糠醛渣结晶度的影响151

第十章 糠醛渣纤维转化乙醇技术153

10.1 燃料乙醇的特点及其生产现状153

10.2 乙醇的转化工艺156

10.3 纤维素乙醇工业化的技术瓶颈157

10.4 糠醛渣纤维乙醇同步糖化发酵制备工艺158

10.4.1 糠醛渣摇床同步糖化发酵实验158

10.4.2 糠醛渣制备乙醇发酵罐试验与过程同步检测160

10.5 糠醛渣与玉米共发酵生产乙醇工艺163

10.5.1 工艺技术过程163

10.5.2 工艺技术特点164

10.6 乙醇蒸馏技术165

10.6.1 发酵成熟醪的组成165

10.6.2 蒸馏分离原理165

10.6.3 杂质的分离166

10.6.4 蒸馏工艺166

10.7 纤维乙醇渗透汽化分离理论与技术170

10.7.1 渗透汽化过程的原理及影响因素171

10.7.2 优先透醇膜173

10.7.3 优先透水膜174

10.7.4 乙醇发酵分离耦合174

10.8 无水乙醇的生产175

10.8.1 无水乙醇的用途175

10.8.2 无水乙醇的生产方法175

10.9 变性燃料乙醇的国家标准180

10.9.1 技术要求180

10.9.2 测定方法181

第十一章 糠醛渣纤维乳酸的转化技术195

11.1 乳酸的性质与应用195

11.1.1 乳酸的性质195

11.1.2 乳酸的制备195

11.1.3 乳酸的应用196

11.2 木质纤维素原料发酵制备乳酸197

11.2.1 木质纤维素原料制备乳酸的研究现状197

11.2.2 发酵乳酸的菌种198

11.2.3 乳酸的发酵工艺199

11.2.4 表面活性剂在木质纤维原料制备乳酸中的应用199

11.3 皂荚皂素对糠醛渣酶解糖化和同步糖化发酵制乳酸的影响200

11.3.1 糠醛渣预处理200

11.3.2 皂夹皂素最适添加浓度的确定200

11.3.3 糠醛渣同步糖化发酵制乳酸最佳工艺的确定201

11.3.4 皂夹皂素对糠醛渣酶解糖化的影响202

11.3.5 皂夹皂素对糠醛渣同步糖化发酵的影响203

11.3.6 发酵液中剩余滤纸酶活力的测定结果204

11.3.7 成本核算205

11.4 糠醛渣乙醇和乳酸共发酵工艺206

11.4.1 同步糖化发酵和混合同步糖化发酵的比较207

11.4.2 温度对同步糖化共发酵产品组成的影响208

11.4.3 细胞质量比和底物浓度对产品组成的影响209

11.4.4 糠醛渣混合发酵制备乳酸和乙醇的技术特点210

第十二章 木质素对糠醛渣生物转化的影响212

12.1 糠醛渣中木质素含量对其酶解过程的影响212

12.1.1 糠醛渣原料及脱木质素样品成分分析213

12.1.2 木质素含量对糠醛渣酶水解的影响214

12.1.3 不同酶用量对糠醛渣水解的影响216

12.1.4 木质素含量对糠醛渣结晶度的影响217

12.1.5 水解前后样品纤维形态表征218

12.2 4种纤维素酶水解不同木质素含量的糠醛渣219

12.2.1 纤维素酶的生产220

12.2.2 水解液中的滤纸酶活力变化220

12.2.3 水解液中糖含量的分析225

12.3 木质素含量对糠醛渣同步发酵生产乙醇的影响227

12.3.1 糠醛渣碱性过氧化氢法脱除木质素228

12.3.2 同步糖化发酵生产乙醇229

12.3.3 电导滴定分析231

12.3.4 脱木质素样品红外光谱分析233

12.4 小结及展望234

主要参考文献235

第四篇 木质素生物炼制的原理与技术239

第十三章 木质素的存在及其性质239

13.1 木质素在植物体内的分布及生物合成机理239

13.1.1 木质素的分布及其不均一性239

13.1.2 木质素的生物合成241

13.2 木质素分离精制与定量246

13.2.1 木质素的分离与精制246

13.2.2 木质素的定量方法252

13.3 木质素结构的性质259

13.3.1 木质素的元素组成及官能团260

13.3.2 木质素芳香环和侧链结构262

13.3.3 木质素结构单元间的连接方式264

13.3.4 木质素与碳水化合物间的连接方式267

13.3.5 木质素结构模型的建立268

13.4 木质素的物理性质269

13.4.1 木质素的一般物理性质269

13.4.2 木质素相对分子质量及分子的存在状态271

13.4.3 木质素的热性质及电化学性质273

13.4.4 木质素的光谱性质274

13.5 木质素的炼制过程282

第十四章 木质素降解过程中化学结构的变化284

14.1 木质素结构研究中的化学降解284

14.1.1 碱性硝基苯氧化284

14.1.2 高锰酸钾氧化285

14.1.3 木质素的温和水解286

14.1.4 还原分解293

14.2 木质素的亲核反应及其结构降解294

14.2.1 亲核反应的特点294

14.2.2 碱木质素的降解分离297

14.2.3 亚硫酸盐溶液和木质素的反应303

14.2.4 硫化钠溶液中木质素的反应307

14.3 木质素的氧化降解309

14.3.1 过氧化氢与木质素的反应311

14.3.2 分子氧与木质素的反应314

14.3.3 臭氧与木质素的反应315

14.3.4 二氧化氯与木质素的反应318

14.3.5 次氯酸盐与木质素的反应320

14.4 木质素亲电取代及其结构降解321

14.4.1 木质素亲电取代反应的特点321

14.4.2 氯与木质素的反应322

14.4.3 木质素的硝化反应324

14.5 木质素的生物降解327

14.5.1 降解木质索的微生物327

14.5.2 木质素降解酶系的物理化学性质及作用328

14.5.3 木质素生物降解的化学反应机理330

14.5.4 白腐菌降解木质素的机理333

14.6 酸水解玉米芯中木质素过程的结构变化335

14.6.1 红外光谱及紫外光谱分析335

14.6.2 1H NMR和13C NMR光谱分析338

14.6.3 分子质量与热性质分析341

14.6.4 小结343

第十五章 木质素的改性及产品344

15.1 木质素的改性方法344

15.1.1 木质素的氧化和氢化345

15.1.2 木质素的酚化和羟基化348

15.1.3 木质素的烷基化和环氧化351

15.1.4 木质素的磺化353

15.1.5 木质素的胺化和曼尼希反应354

15.1.6 木质素的自由基反应与接枝共聚357

15.1.7 木质素的缩合改性358

15.1.8 其他木质素化学改性方法359

15.1.9 木质素的物理及生物法改性360

15.2 木质素的热解原理与技术361

15.2.1 木质素的热解及其液化影响因素361

15.2.2 木质素液化产物的分离与鉴定363

15.2.3 木质素热化学转化技术的展望364

15.3 木质素基表面活性剂365

15.3.1 木质素表面活性剂的分类及来源365

15.3.2 木质素磺酸盐的结构和表面性能366

15.3.3 提高木质素表面活性剂性能的方法368

15.3.4 木质素表面活性剂产品369

15.4 木质素基复合材料370

15.4.1 木质素酚醛树脂370

15.4.2 木质素聚氨酯371

15.4.3 木质素环氧树脂372

15.4.4 木质素基纳米材料373

15.4.5 木质素-合成高分子材料共混376

15.4.6 木质素-天然高分子复合材料377

15.4.7 其他木质素复合材料378

15.5 其他木质素基产品379

15.5.1 香草醛及其衍生物380

15.5.2 二甲硫醚和二甲亚砜381

15.5.3 絮凝剂382

15.5.4 活性炭383

15.5.5 木陶瓷384

第十六章 木质素及其产品的应用385

16.1 木质素高分子材料的应用385

16.1.1 木质素材料用作工程塑料385

16.1.2 木质素材料用作泡沫与薄膜材料386

16.1.3 木质素在胶黏剂中的应用387

16.1.4 木质素在酚醛树脂市场的机遇及产品389

16.1.5 木质素耐火材料391

16.2 木质素在橡胶工业中的应用391

16.2.1 木质素橡胶补强剂391

16.2.2 木质素橡胶耦联剂393

16.2.3 木质素橡胶阻燃剂394

16.2.4 改性木质素在橡胶中的应用394

16.2.5 木质素纳米化技术在橡胶工业中的应用395

16.2.6 木质素在橡胶工业中应用的总结396

16.3 木质素油田化学品396

16.3.1 木质素钻井液处理剂396

16.3.2 木质素强化采油用化学品397

16.3.3 堵水调剖剂399

16.3.4 油井水泥外加剂400

16.3.5 总结及展望400

16.4 木质素在建筑行业的应用400

16.4.1 混凝土减水剂401

16.4.2 水泥助磨剂401

16.4.3 化学灌浆材料402

16.4.4 沥青乳化剂403

16.4.5 陶瓷坯体增强剂403

16.5 木质素在水处理中的应用404

16.5.1 木质素吸附剂404

16.5.2 木质素基离子交换树脂405

16.5.3 木质素及其衍生物作絮凝剂406

16.5.4 木质素阻垢剂407

16.5.5 木质素缓蚀剂及防锈剂407

16.6 木质素在农业中的应用408

16.6.1 农药缓蚀剂408

16.6.2 土壤改良剂408

16.6.3 肥料缓蚀剂409

16.6.4 植物生长调节剂410

16.6.5 饲料添加剂410

16.6.6 除草剂、杀虫剂和杀菌剂中的分散剂410

16.6.7 总结及展望411

16.7 木质素在轻工行业中的应用411

16.7.1 木质素在造纸工业中的应用411

16.7.2 木质素分散剂413

16.7.3 木质素在皮革工业中的应用414

16.8 木质素应用的新市场414

16.8.1 抗氧化剂415

16.8.2 印刷电路板树脂415

16.8.3 在动物健康方面的应用416

16.8.4 动物饲料添加剂416

16.8.5 碳纤维在大规模汽车生产中的应用416

16.8.6 基于木质素的先进材料417

16.9 结论及展望418

主要参考文献420