第二章 木质纤维素的转化

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1、第二章木质纤维素的转换木质纤维素化学历史回顾木质纤维素的化学组成木质纤维素的生物炼制1.木质纤维素化学历史回顾木质纤维素和纤维素化学大约有200年的历史，公元1800年前：半乳糖二酸19世纪的木质纤维素化学（1）纤维素的糖化作用1819年，法国植物化学家HenriBraconnot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）；184

2、6年，瑞士巴塞尔的化学教授ChristianFriedrichSchonbein开发了硝化纤维（火棉nitrocellulose）（4）纤维素1839年，法国糖厂经理AnselmePayen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GerardusJohannesMulder发现果糖和盐酸共沸可合成乙酰丙酸（Levulinicacid）。（机理？）（6）木质素1856年，FranzFerdinandSchulze报道了硝酸和KClO

3、3混合物处理木材可分离出纤维素，可溶性部分称为木质素。1868年，F.Bente报道了碱木质纤维素熔化物的芳香族特征。1897年，瑞典科学家P.Klasen也描述了木质素的“非纤维素”性芳香族特性，松柏醇是木质纤维素生物合成的单元中间体。1919年，W.Fuchs描述了一种酚型结构单元。1927年，KarlFreudenberg发现木质素是由苯丙烷的衍生物组成。（7）半纤维素（多糖）和糖醛1831年，J.W.Dobereiner把麦麸和稀硫酸一起蒸馏得到了糠醛。1922年，QuakerOats公司从生产燕麦片

4、废料中生产糠醛，推动了糠醛的工业化。（8）木质纤维素1903年，英国科学家EdwardJohnBevan和CharlesFrederickCross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(lignocellulosefeedstock),1942年，美国的文献中开始使用木质纤维素这一术语。19世纪至20世纪初木质纤维素的工业利用（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

5、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）糠醛和尼龙第一章木质纤维素的转换木质纤维素化学历史回顾木质纤维素的化学组成木质纤维素的生物炼制Chemical-TechnicalMajorGroupsofLCFChemicalCompositionofDifferentLCFComparisonoftheCompositionsofHardwoodandSoftwood针叶材白云杉阔叶材颤白杨ChemicalCompositionofDifferentAmericanStrawRanges

6、ofVariationoftheChemicalCompositionofDifferentLCF不同的检测方法和制浆方法导致的差异很大CompositionofSelectedBiomassMaterialsCarbohydratesinLignocellulosesCrabohydrateCompositionofDifferentLCF纤维素的化学结构结构特点：直链,氢键作用强,成晶体,难水解淀粉的化学结构结构特点：很多支链,氢键作用弱,非晶体,易水解纤维素与淀粉化学键区别半纤维素的化学结构结构特点：有

7、支链,非结晶,易水解，水解产物含多种单糖。包括五碳糖类中的木糖、阿拉伯糖,六碳糖类中的半乳糖,、甘露糖、葡萄糖等。木质素的结构单元4.对松柏醇5.对芥子醇6.对香豆醇木质素的化学结构第一章木质纤维素的转换木质纤维素化学历史回顾木质纤维素的化学组成木质纤维素的生物炼制木质纤维素——最重要的可再生生物质资源CornStoverWheatStrawRiceStrawBagasseMiscanthus芒草SwitchGrass柳枝稷GeneralSchemeofaLignocellulosicBiorefineryP

8、roductsofLignocellulosicFeedstockBiorefinery木质纤维素原料全组分利用的重要性阔叶材：纤维素30-45%，20-30%半纤维素，20-25%木质素粮食秸秆：纤维素38-40%，半纤维素20-30%，木质素6-20%。UtilizationofCropResidues木质纤维素的物理结构稳定而坚固预处理(Pretreatment)三个主要目的:1.除去木质素的