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生物質(zhì)化工總結(jié)
1. 生物質(zhì)的概念，組成和分類
生物質(zhì)指利用大氣、水、土地等通過光合作用而產(chǎn)生的各種有機(jī)體，即一切有生命的、可以生長的有機(jī)物質(zhì)的統(tǒng)稱。
生物質(zhì)的成分包括糖類,醛類,酸,醇,酯,苯,酚,胺
主要由碳（Ｃ）、氫（Ｈ）、氧（Ｏ）、氮（Ｎ）和硫（Ｓ）等元素所組成，而Ｃ、Ｈ和Ｏ是生物質(zhì)的主要成分。
分類:林業(yè)資源；農(nóng)業(yè)資源；生活污水和工業(yè)有機(jī)廢水；城市固體廢物；畜禽糞便
2.單糖種類，結(jié)構(gòu)和性質(zhì)（葡萄糖，果糖，半乳糖，木糖）單糖分子式C6H12O6
按碳原子數(shù)目，單糖可分為丙糖、丁糖、戊糖、己糖等。自然界的單糖主要是戊糖和己糖。根據(jù)構(gòu)造，單糖又可分為醛糖和酮糖。多羥基醛稱為醛糖，多羥基酮稱為酮糖。例如，葡萄糖為己醛糖，果糖為己酮糖。單糖中最重要的與人們關(guān)系最密切的是葡萄糖等。常見的單糖還有果糖，半乳糖，核糖和脫氧核糖等
結(jié)構(gòu): 單糖既可以環(huán)式結(jié)構(gòu)形式存在，也可以開鏈形式存在。
性質(zhì):物理: 單糖都是無色晶體，味甜，有吸濕性。極易溶于水，難溶于乙醇，不溶于乙醚。單糖有旋光性，其溶液有變旋現(xiàn)象。
化學(xué):①與酸反應(yīng)②酯化作用③與堿的作用④形成糖苷⑤氧化作用，可氧化成醛糖酸和醛糖二酸⑥還原作用⑦羰氨反應(yīng)
3.二糖種類，結(jié)構(gòu)，性質(zhì)（麥芽糖，蔗糖，乳糖，纖維二糖）
二糖是兩個(gè)單糖分子失水而形成的糖苷
還原性雙糖：麥芽糖，纖維二糖，乳糖非還原性雙糖：蔗糖。
麥芽糖是由一分子α-D- 葡萄糖苷羥基與另一分子葡萄糖C4上的羥基彼此縮合失水而成的，通常將這種形式的苷鍵稱之為α-1,4 – 苷鍵。分子式C12H22O11。
性質(zhì)：可發(fā)生變旋光現(xiàn)象，能還原Tollens試劑，F(xiàn)ehling試劑或Benedict試劑，是還原糖。 用酶水解后為2分子葡萄糖，其中一個(gè)是α-D- 吡喃葡萄糖，以α-1,4 – 苷鍵結(jié)合
纖維二糖是由一分子β-D- 葡萄糖苷羥基與另一分子葡萄糖C4上的羥基彼此縮合失水而成的，通常將這種形式的苷鍵稱之為β-1,4 – 苷鍵。分子式C12H22011
性質(zhì)：可發(fā)生變旋光現(xiàn)象，能還原Tollens試劑，F(xiàn)ehling試劑或Benedict試劑，是還原糖。 用酶水解后為2分子D-吡喃葡萄糖，其中一個(gè)是β-D- 吡喃葡萄糖，以β-1,4 – 苷鍵結(jié)合 蔗糖是由一分子α-D- 葡萄糖半縮醛羥基與另一分子β-D-果糖半縮醛羥基彼此縮合失水而成的，通常將這種形式的苷鍵稱之為α-1,2– 苷鍵。分子式C12H22O11
性質(zhì)：無變旋光現(xiàn)象，不能還原Tollens試劑，F(xiàn)ehling試劑或Benedict試劑，是非還原糖。 用酶水解后為α-D- 吡喃葡萄糖與β-D-呋喃果糖，以α-1,2– 苷鍵結(jié)合
乳糖是由一分子β-D-半乳糖和一分子α-D-葡萄糖在β-1，4-位形成糖苷鍵相連。分子式C12H22O11
性質(zhì)：可發(fā)生變旋光現(xiàn)象，能還原Tollens試劑，F(xiàn)ehling試劑或Benedict試劑，是還原糖。 用酶水解后得到α-D-葡萄糖，其中一個(gè)是β-D-半乳糖，以β-1,4 – 苷鍵結(jié)合
4.纖維素分子式，結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
纖維素的分子式(C6H10O5)n，由D-葡萄糖以β-1，4糖苷鍵組成的大分子多糖
�。�1）．溶解性常溫下，纖維素既不溶于水，又不溶于一般的有機(jī)溶劑，如酒精、乙醚、丙酮、苯等。它也不溶于稀堿溶液中。
�。�2）．纖維素水解在一定條件下，纖維素與水發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)時(shí)氧橋斷裂，同時(shí)水分子加入，纖維素由長鏈分子變成短鏈分子，直至氧橋全部斷裂，變成葡萄糖。
�。�3）．纖維素氧化纖維素與氧化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成一系列與原來纖維素結(jié)構(gòu)不同的物質(zhì)，這樣的反應(yīng)過程，稱為纖維素氧化。纖維素與較濃的無機(jī)酸起水解作用生成葡萄糖等，與較
濃的苛性堿溶液作用生成堿纖維素，與強(qiáng)氧化劑作用生成氧化纖維素。
�。�4）．柔順性纖維素柔順性很差，是剛性的因?yàn)椋?）它分子有極性，分子鏈之間相互作用力很強(qiáng)；（2）纖維素中的六元吡喃環(huán)結(jié)構(gòu)致使內(nèi)旋轉(zhuǎn)困難；（3）其分子內(nèi)和分子間都能形成氫鍵特別是分子內(nèi)氫鍵致使糖苷鍵不能旋轉(zhuǎn)從而使其剛性大大增加。
5.半纖維素結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
是由幾種不同類型的
單糖構(gòu)成的異質(zhì)多聚體，這些糖是五碳糖和六碳糖，包括木糖、阿伯糖、甘露糖和半乳糖等。
半纖維素是無定型物質(zhì)，聚合度較低，具有親水性，易吸水膨脹
半纖維素(hemicellulose)：指在植物細(xì)胞壁中與纖維素共生、可溶于堿溶液，遇酸后遠(yuǎn)較纖維素易于水解的那部分植物多糖。一種植物往往含有幾種由兩或三種糖基構(gòu)成的半纖維素，其化學(xué)結(jié)構(gòu)各不相同。樹莖、樹枝、樹根和樹皮的半纖維素含量和組成也不同。因此，半纖維素是一類物質(zhì)的名稱。
構(gòu)成半纖維素的糖基主要有D-木糖、D-甘露糖、D－葡萄糖、D-半乳糖、L-阿拉伯糖、4-氧甲基-D-葡萄糖醛酸及少量L-鼠李糖、L-巖藻糖等。半纖維素主要分為三類，即聚木糖類、
聚葡萄甘露糖類和聚半乳糖葡萄甘露糖類。
性質(zhì)：
半纖維素的工業(yè)利用正在開發(fā)，制漿廢液可制酵母，酵母又可抽提出10％的核糖核酸，再衍生為肌苷單磷酸酯和鳥苷單磷酸酯，可用作調(diào)味劑、抗癌劑或抗病毒劑等。林產(chǎn)化學(xué)品法是先用有機(jī)酸使纖維原料預(yù)水解，水解殘?jiān)钥芍茲{，質(zhì)量可與未預(yù)水解的漿相媲美，而從水解液可分離出戊糖和己糖組分，所得木糖經(jīng)處理后制成木糖醇，可作增甜劑、增塑劑、表面活性劑；木糖酸可作膠粘劑；聚木糖硫酸酯可作抗凝血?jiǎng)�。半纖維素糖類可發(fā)酵制酒精
6.木質(zhì)素的三種結(jié)構(gòu)單元，木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
結(jié)構(gòu)（ 1 ）木質(zhì)素為天然高分子化合物，具有三維空間結(jié)構(gòu)；木素的超分子結(jié)構(gòu)形式借電子顯微鏡觀察，為球形小粒，并且集聚成為球形聚集體。（ 2 ）為芳香族化合物；（ 3 ）非結(jié)晶性；（ 4 ）結(jié)構(gòu)單元為苯丙烷基(三種)；結(jié)構(gòu)單元之間以醚鍵(C-O-C) 和碳－碳鍵(C-C)連結(jié).
苯丙烷作為木質(zhì)素的主體結(jié)構(gòu)單元，共有三種基本結(jié)構(gòu)，即愈瘡木基結(jié)構(gòu)、紫丁香基結(jié)構(gòu)和對羥苯基結(jié)構(gòu)。
性質(zhì):物理原本木質(zhì)素是一種白色近無色的物質(zhì),分離的木素一般是淡黃色到深褐色,與分離的條件有關(guān)。
化學(xué)(1)顯色反應(yīng)用苯酚與鹽酸處理木材時(shí)，木質(zhì)素產(chǎn)生藍(lán)綠色；用鹽酸苯胺處理，木質(zhì)素產(chǎn)生黃色；用間苯三酚與鹽酸處理，木質(zhì)素產(chǎn)生紅紫色，
(2)氧化反應(yīng)如果用臭氧或過氧化氫作用木材，木質(zhì)素就生成各種有機(jī)酸
(3)水解反應(yīng)(磺化)木質(zhì)素與亞硫酸鹽在高溫下蒸煮，發(fā)生磺化反應(yīng)。
(4)光解反應(yīng)：木材的光降解主要發(fā)生于木質(zhì)素。對光木質(zhì)素是不穩(wěn)定的
(5)堿液對木質(zhì)素的作用（脫木素反應(yīng)）原料中的堿與木素反應(yīng)，使木質(zhì)素分子的醚鍵斷裂，生成堿木質(zhì)素而溶于溶液中。
(6)木質(zhì)素的接枝共聚木質(zhì)素與烯類單體在催化劑作用下發(fā)生接枝共聚反應(yīng)。
7.淀粉分子式，結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
淀粉是由若干α-D-葡萄糖分子組成的，按結(jié)構(gòu)可分為直鏈淀粉和支鏈淀粉。分子式(C6H10O5)n
1. 水解：
2. 顯色反應(yīng)
3. 還原性：淀粉分子的末端雖有自由的苷羥基，卻不顯示還原性。不能成鎩，無變旋現(xiàn)象。 因?yàn)檐樟u基所占比例太少。
8.淀粉，纖維素，半纖維素，木質(zhì)素為原料能制備哪些化工產(chǎn)品生物材料和生物燃料
一、木質(zhì)素：
利用木質(zhì)素作為橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑的方法，屬木質(zhì)素在橡膠工業(yè)中應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域。其要點(diǎn)是在濃縮的造紙廢液中加進(jìn)甲醛制成木質(zhì)素甲醛樹脂，再按比例加入硫磺、氧化鋅、硬脂酸、硫化劑、硫化促進(jìn)劑、硫化活化劑與橡膠在一定溫度下進(jìn)行硫化。本發(fā)明可使橡膠中填充大量木質(zhì)素仍不需加軟化劑，這既節(jié)省大量橡膠，又可獲得優(yōu)良性質(zhì)的硫化膠，同時(shí)硫化中不會(huì)塵土飛揚(yáng)污染環(huán)境，又使造紙廢液變害為利，有著很大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。
木質(zhì)素成本較低，木質(zhì)素及其衍生物具有多種功能性，可作為分散劑、吸附劑/解吸劑、石油回收助劑、瀝青乳化劑，制漿造紙。
1、用作混凝土減水劑：在混凝土中的摻量一般為水泥質(zhì)量的0.2-0.3%，可以減少用水量10-15%一般與高效減水劑復(fù)配使用。
2、用作選礦浮選劑和冶煉礦粉粘結(jié)劑，冶煉業(yè)用木質(zhì)素磺酸鈣與礦粉混合，制成礦粉球，干燥后放入窯中，可提高冶煉回收率。
3、耐火材料：制造耐火材料磚瓦時(shí)，使用木質(zhì)素磺酸鈣做分散劑和粘合劑，能改善操作性能，并有減水、增強(qiáng)、防止龜裂等良好效果。
4、陶瓷：用于陶瓷制品可以降低碳含量增加生坯強(qiáng)度，減少塑性粘土用量，泥漿流動(dòng)性好，提高成品率70－90%，燒結(jié)速度由70分鐘減少為40分鐘。
5、其它：木質(zhì)素磺酸鈣還可用于精煉助劑，鑄造，水煤漿分散劑，農(nóng)藥可濕性粉劑加工，型煤壓制，道路、土壤、粉塵的抑制，制革鞣革填料，炭黑造粒，飼料粘合劑等方面。 木質(zhì)素磺酸鈉是陰離子表面活性劑,棕黃色粉末。主要用于分散染料和還原染料的分散和填充，具有良好的分散性、耐熱穩(wěn)定性和高溫分散性，助磨效果良好，對纖維沾污輕，對偶氮染料還原性小。
二、半纖維素
半纖維素制漿造紙，其廢液可制酵母，酵母又可抽提出10％的核糖核酸，再衍生為肌苷單
磷酸酯和鳥苷單磷酸酯，也可用作調(diào)味劑、抗癌劑或抗病毒劑等。林產(chǎn)化學(xué)品法是先用有機(jī)酸使纖維原料預(yù)水解，水解殘?jiān)钥芍茲{，質(zhì)量可與未預(yù)水解的漿相媲美，而從水解液可分離出戊糖和己糖組分，所得木糖經(jīng)處理后制成木糖醇，可作增甜劑、增塑劑、表面活性劑；木糖酸可作膠粘劑；聚木糖硫酸酯可作抗凝血?jiǎng)�。半纖維素糖類可發(fā)酵制酒精、糠醛也可生產(chǎn)木糖和木糖醇、
三、纖維素
纖維素的工業(yè)作用
羧甲基纖維素鈉，俗稱纖維素、羧甲基纖維素、cmc等多種稱呼，是可再生取之不盡用之不竭的化工原料，廣泛地用于紡織，印染，石油鉆探，造紙，陶瓷，合成洗滌，日用化工，石墨制品，鉛筆制造，卷煙，涂料，建筑用膠等行業(yè)。
在其他工業(yè)如干粉砂漿建材，內(nèi)外墻耐水膩?zhàn)臃郏ǜ啵�，粘結(jié)劑，填縫劑，界面劑，水性涂料，自流平劑等新型建材行業(yè)也取得了很大的進(jìn)步，是有數(shù)量和質(zhì)量都有很大的提高。在造紙業(yè)主要有兩種用途：漿內(nèi)添加和表面施膠，漿內(nèi)添加的添加量千分之三至千分之五，添加量不大可對紙張的縱向和橫向拉力提高30%至50%，對紙張的使用和書寫起到了很好的作用。表面施膠特別是銅版紙上面做保水劑是其他膠黏劑所不好替代的產(chǎn)品，對紙張的平整度，光潔度都起到了很好的作用
四、淀粉
淀粉可以看作是葡萄糖的高聚體。淀粉除食用為人體提供的能量外，工業(yè)上用于制糊精、麥芽糖、葡萄糖、酒精、制氫氣等，也用于調(diào)制印花漿、紡織品的上漿、紙張的上膠、藥物片劑的壓制等�？捎捎衩住⒏适�、野生橡子和葛根等含淀粉的物質(zhì)中提取而得。
淀粉 ：糊精，丙酮 麥芽糖 葡萄糖 乙醇 丙醇，丁醇，戊醇 乙醛，乙烯，乙醚 乙酸 乙酸乙酯
纖維素： 葡萄糖 葡萄糖酸，山梨糖醇，甘露糖醇，丙烯酸
半纖維素 ：木糖 糠醛 木糖醇，呋喃 四氫呋喃，順丁烯二酸酐
木質(zhì)素： 蒽醌，酚，甲醇
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