生物质加工和转化中的绿色化学

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原书序

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第1章生物质和生物炼制导论1

1.1简介1

1.2生物炼制技术和生物炼制系统3

1.2.1背景3

1.2.2LCF的生物炼制3

1.2.3全作物生物炼制5

1.2.4绿色生物炼制7

1.2.5双平台生物炼制概念9

1.3平台化合物10

1.3.1背景10

1.3.2生物技术在生产平台化合物中担当的角色11

1.3.3绿色生物质分离和能源方面12

1.3.4绿色生物炼制的质量和能量流动14

1.3.5绿色作物分离过程的评估16

1.4绿色生物炼制：经济和生态层面17

1.5展望：以GJ为原料生产L-赖氨酸-L-乳酸18

1.6小结19

参考文献19

第2章绿色化学的最新进展25

2.1简介25

2.2绿色化学25

2.2.1绿色化学的十二项原则25

2.3绿色化学的十二项原则案例26

2.3.1预防26

2.3.2原子经济性29

2.3.3低毒害的化学合成31

2.3.4设计较安全的化合物35

2.3.5使用较安全的溶剂与助剂36

2.3.6有节能效益的设计38

2.3.7使用可再生资源作为原料39

2.3.8减少运用衍生物40

2.3.9催化42

2.3.10可降解设计46

2.3.11及时分析以防止污染48

2.3.12采用本身安全且能够防止意外发生的化学方法49

2.4小结51

2.5展望52

2.5.1由可再生的5-氯甲基糠醛合成雷尼替丁52

2.5.2一锅法有机催化53

缩略语58

致谢59

参考文献59

第3章基于IL的生物炼制66

3.1简介66

3.2IL及其绿色所通向的可持续的生物炼制66

3.3用于生物质加工和转化的IL68

3.3.1IL溶解生物聚合物的机制68

3.3.2基于IL的生物炼制的概念69

3.3.3IL中的木材化学69

3.3.4源于IL中生物质的可持续材料71

3.3.5源于IL中生物质的增值化学品73

3.3.6通过IL生产生物柴油89

3.4用于生物炼制的IL的毒性和生态毒性93

3.4.1概述93

3.4.2毒性研究94

3.4.3用于生物炼制的IL的毒性104

3.4.4用于生物炼制的IL的生物降解性105

3.4.5关于IL的毒性和生物降解性的结论106

3.5小结与展望107

3.6相关的IL：全称和缩略语108

致谢110

参考文献110

第4章基于水的生物炼制119

4.1简介119

4.2基于水的生物炼制的基本原理119

4.2.1在SCW中处理生物质的能源效率120

4.2.2水在SCW状态下独特的可调谐属性121

4.2.3适用于生物质提炼、预处理、分离和转化的介质121

4.3利用水预处理LC以生产生物燃料/生物化学品/生物材料122

4.4利用水提炼增值化学品126

4.4.1热水提取硬木127

4.4.2热水提取中溶解的非碳水化合物来源的材料127

4.4.3不溶组分127

4.4.4可溶组分129

4.4.5热水提取中溶解的非碳水化合物来源材料的潜在应用130

4.4.6胶粘剂130

4.4.7木质素基聚合物共混物130

4.4.8生产氧化芳香族化合物131

4.4.9可溶组分的分离和潜在用途131

4.5生物质在水中的热解和气化132

4.5.1生物质在水中的热解132

4.5.2生物质在水中的气化135

4.6生物质在SCW中的化学转化139

4.6.1半纤维素和纤维素140

4.6.2单糖142

4.6.3木质素144

4.6.4甘油三酯和脂肪酸148

4.6.5甘油149

4.6.6蛋白质和氨基酸150

4.7机遇、挑战与展望151

参考文献152

第5章用于生物炼制的良性介质——超临界CO2160

5.1简介160

5.2CO2的性质160

5.3生物炼制中CO2的使用163

5.4利用CO2的提取166

5.5脂类的提取167

5.6从LCF中提取二次代谢产物168

5.6.1角质层蜡的潜在应用172

5.6.2利用scCO2提取的经济考虑173

5.6.3生物质致密化175

5.7scCO2中的反应175

5.8小结与展望177

参考文献177

第6章纤维素在NaOH/尿素水溶液中的溶解和应用182

6.1简介182

6.2低温下纤维素在NaOH/尿素水溶液中的溶解和机理183

6.3溶液性质190

6.4新型溶剂系统中制备的新型纤维素材料191

6.4.1新型纤维素纤维192

6.4.2新型纤维素膜196

6.4.3新型纤维素凝胶201

6.4.4用于合成纤维素衍生物的新介质205

6.5小结与展望209

致谢210

参考文献210

第7章由LC生产化学品、燃料和材料的有机溶剂生物炼制平台215

7.1简介215

7.2有机溶剂乙醇法216

7.3有机溶剂乙醇法中的化学216

7.3.1木质素的反应216

7.3.2纤维素和半纤维素的反应218

7.4有机溶剂乙醇法作为生物炼制平台219

7.4.1有机溶剂乙醇法生物炼制平台219

7.4.2有机溶剂乙醇法预处理的质量平衡221

7.5有机溶剂乙醇法底物的酶解223

7.6有机溶剂乙醇法木质素的特性和应用224

7.6.1有机溶剂乙醇法木质素的特性224

7.6.2基于有机溶剂乙醇法木质素的聚合物材料226

7.7来自有机溶剂型木质素的碳纤维226

7.8有机溶剂型木质素的抗氧化能力227

7.9有机溶剂乙醇法中可回收的化学品229

7.10小结230

参考文献231

第8章生物质热解油及其产品升级234

8.1简介234

8.2生物油的制备234

8.3生物油237

8.3.1组成和物理化学性质237

8.3.2生物油的组成238

8.4生物油的升级239

8.4.1氢化239

8.4.2催化裂化241

8.4.3蒸汽重整241

8.4.4乳化242

8.4.5转化成稳定的含氧化合物243

8.4.6从生物油中提取的化学品245

8.4.7其他生物油升级方法246

8.5小结247

参考文献248

第9章用于LC生物炼制的微波技术250

9.1简介250

9.2微波加热的原理和特性250

9.3微波吸收功率和穿透深度251

9.4用于木质生物质预处理的微波辐射系统252

9.4.1LC生物炼制的微波辅助反应253

9.4.2利用钼酸铵和过氧化氢的酶解糖化LC的微波辅助反应254

9.4.3顽拗型软木的微波辅助甘油解反应254

9.5小结与未来展望257

参考文献257

第10章利用微生物的生物炼制259

10.1关于生物转化的简介259

10.2微生物转化的绿色环保性259

10.3生物质向生物燃料的生物转化260

10.3.1生物质作为原料260

10.3.2生物乙醇263

10.3.3生物丁醇265

10.3.4生物柴油及相关产品265

10.4生物质向大宗化学品的生物转化267

10.5机遇与挑战269

10.6展望271

参考文献272

第11章用于生物质转化的非均相催化剂276

11.1关于非均相催化的绿色环保性的简介276

11.2设计和选择非均相催化剂276

11.2.1固体酸和固体碱催化剂277

11.2.2负载型金属催化剂281

11.3关于新的非均相催化系统最新进展的简介283

11.3.1利用非均相催化剂由生物质生产5-羟甲基糠醛283

11.3.2利用非均相催化剂将纤维素转化为多元醇288

11.3.3利用非均相催化剂生产生物柴油293

11.4机遇与挑战298

11.5展望299

参考文献300

第12章甘油的催化转化306

12.1简介306

12.2甘油催化氢解制备二元醇308

12.2.1生产1，2-丙二醇309

12.2.2生产1，3-丙二醇312

12.2.3乙二醇的选择性形成314

12.3甘油催化氧化制备有价值的化学品314

12.3.1伯羟基氧化生产甘油酸315

12.3.2仲羟基氧化生产二羟基丙酮316

12.4甘油脱水制备有价值的中间体316

12.4.1丙酮醇的生产317

12.4.2丙烯醛的生产317

12.4.3甘油氧化脱水生产丙烯酸和丙烯醛319

12.5甘油生产燃料和燃料添加剂320

12.5.1甘油通过醚化反应生产燃料添加剂321

12.5.2甘油重整生产氢气或合成气322

12.6关于甘油的其他最新应用322

12.7展望324

致谢324

参考文献324

第13章用于提高液体生物燃料生产的超声技术328

13.1简介328

13.2超声学328

13.2.1功率329

13.3近场和远场331

13.3.1频率332

13.3.2超声的形成332

13.3.3液体中的作用334

13.4生物燃料原料和加工339

13.4.1化学路径综述340

13.4.2目前这一代、下一代和先进燃料340

13.5超声学和生物燃料341

13.5.1预处理341

13.5.2发酵346

13.5.3酯交换反应347

13.5.4油的提取349

13.5.5消泡349

13.5.6分离349

13.5.7乳液349

13.5.8能量平衡349

13.5.9成本分析350

13.6工业系统350

13.7小结352

参考文献353

第14章用于生物炼制中产品分离的先进膜技术356

14.1简介356

14.2膜分离技术358

14.3关于生物质转化过程中的生物制品分离的最新进展综述361

14.3.1微滤过程361

14.3.2超滤过程361

14.3.3微滤和超滤的膜污染361

14.3.4用于渗透汽化回收醇的膜材料364

14.4小结与展望372

参考文献373

第15章对于生物炼制的生态毒性和环境影响的评估379

15.1简介379

15.2背景382

15.2.1生物燃料的生态毒理学概述382

15.2.2生物质预处理383

15.2.3稀酸预处理样品的生态毒理学调查387

15.3结果与讨论394

15.3.1细胞毒性394

15.3.2二恶英类活性395

15.3.3致突变性396

15.3.4鱼类胚胎毒性398

15.3.5内分泌活性399

15.3.6对于可持续生产和使用生物燃料的启示403

15.4小结403

致谢404

参考文献404

作者简介

本书专注于绿色化学在生物质加工与转化中的应用，系统地介绍了将绿色化学技术整合到生物质加工与转化研究领域的最新进展。作者重点讨论了生物质转化过程中用到的主要实验方法（离子液体、超临界二氧化碳、非均相催化、热解、微波、超声、微生物技术等），同时对其中一些新技术对于环境和生态毒性的广泛影响进行了阐述。相比于其他生物质领域书籍，本书更侧重于生物质在分子层面上转化的讨论，非常适合有志于在生物质加工与转化研究领域开展新研究的广大学者，同时也是本领域科研人员了解最新技术进展的重要参考资料。

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