《生物质化工与材料》介绍了生物质化工技术以及在能源、制氢和炼制化合物中的应用，同时还介绍了生物合成聚合物、生物质小分子化合物制备聚合物、生物质高分子及这些聚合物在材料领域的应用。本书收集了大量具有创新思想和科学价值的实例，以指导读者更有效地从事生物质化工与生物质材料的基础研究和应用开发。《生物质化工与材料》可作为生物质化工技术、生物质能源以及生物质材料与工程等专业方向的本科生、研究生教学用书，也可供相关科技人员及企业管理人员参考。
《生物质化工与材料》介绍了生物质化工技术以及在能源、制氢和炼制化合物的应用，同时还介绍了生物合成聚合物、生物质小分子化合物制备聚合物、生物质高分子及这些聚合物在材料领域的应用。《生物质化工与材料》收集了大量具有创新思想和科学价值的实例，以指导读者更有效地从事生物质化工与生物质材料的基础研究和应用开发。《生物质化工与材料》收集众多参考文献，内容丰富、新颖、简明易懂，是一本较全面、深入的生物质化工和生物质材料的教学用书，适合生物质化工技术、生物质能源以及生物质材料与工程等方面的本科生、研究生、教师、科技人员及企业管理人员参考。
前言人类利用生物质资源已数千年，与社会文明的发展密切相关。尽管石油与煤炭等化石资源的利用极大地促进了现代文明和经济的发展，但是也引发了社会可持续性发展的资源和环境问题。因此，基于生物质资源的化工、能源和材料的研究与利用受到各国政府及科研机构的高度重视。目前，全球对每年产生的生物量的利用不足1%，各国政府纷纷出台了一系列政策计划，旨在推动生物质向燃料、动力、化学品和原料等转化利用。应生物质化工与材料科学发展及人才培养的需要，我们在化学工业出版社的支持下曾于2009年出版了《生物质化工与生物质材料》一书（本书第一版），受到了众多同行和兄弟院校一定程度的认可。近年来生物质科学与技术迅速发展，针对本书第一版在知识难易程度和普及程度把握方面的不足，时隔九年推出《生物质化工与材料》(第二版)。本书再版之际，首先感谢参加第一版《生物质化工与生物质材料》撰写的专家学者及研究生，您们的贡献构成了本书的重要基础！《生物质化工与材料》(第二版)由西南大学黄进教授（原工作单位武汉理工大学）和武汉理工大学夏涛副教授组织完成，参编人员有四川大学汪秀丽教授、宋飞副教授，华南理工大学付时雨教授、李兵云副教授，武汉大学周金平教授、陈云教授，浙江大学潘鹏举教授、常晓华博士，浙江理工大学姚菊明教授、蔡玉荣副教授、刘琳副教授、余厚咏副教授，北京化工大学张立群教授、张继川副教授、吴晓辉博士、孙树泉博士、廖双泉博士，北京工商大学田华峰副教授，贵州大学谢海波教授、徐芹芹副教授、陈沁博士、胡刚博士，武汉理工大学林宁副教授、杨淼副教授、车圆圆博士，西南大学曾建兵教授、刘昌华副教授、李以东副教授、甘霖博士，福建师范大学刘海清教授，湖北大学李陵岚博士,美国3M公司卢永上博士，宁波工程学院杨泽慧副教授等专家学者。本书沿袭了第一版将生物质化工和材料众多研究领域融合的模式，更新了许多重要领域和新兴领域的发展动向与专业知识，编写质量显著提高，力求通过精炼的语言、数据、图表与研究实例，帮助读者理解和运用生物质化工和生物质材料的基础知识和相关技术。我们衷心希望能为生物质化工与材料研究与应用领域的人才培养提供一本系统、新颖、普适的教材。终感学海无涯，编者才疏学浅，谬误之处敬请读者批评指正。编者2018年1月第一版前言人类利用生物质化工技术和生物质材料已有几千年的历史，但是由于石油与煤等化石资源为原料而发展起来的新型能源与化工材料大大促进了文明和经济的发展，使得生物质资源的利用被逐渐淡化。目前，化石资源的大量消耗使得化工材料的发展面临严重的危机，同时石油化工材料的不可生物降解性严重破坏了我们的生存环境。因此，基于生物质资源的化工、能源和材料方面的研究受到各国政府和科研机构的高度重视。为适应生物质化工与材料科学和技术的发展，要求在该领域的工作者对生物质化工与材料的基本概念、基本理论、实验方法以及应用前景和发展方向拥有足够的了解和认识。同时，为了培养一大批从事生物质化工与生物质材料研究的高科技人才，也急需一本全面系统介绍生物质化工技术、生物质能源、生物质材料及其应用的书籍。为此，武汉理工大学、湖北大学、武汉大学、福建师范大学、华东师范大学、华中师范大学以及国外高校长期从事生物质化工和生物质材料研究的年青学者和教师以及一批研究生共同编写了《生物质化工与生物质材料》一书。环顾近年有关生物质化工和材料方面的教科书及专著，都在某一方面进行专论，没有从整体上涵盖生物质化工和材料的全部研究领域，缺乏全面性、系统性、新颖性和普及性。我们编写的这本书采用了创新的格式将生物质化工和生物质材料的大多数研究领域融合在一起，用简明的语言、数据和图表阐明，列举了大量的最新研究成果作为实例帮助读者理解、记忆和正确运用生物质化工和生物质材料的基础知识和相关技术。因此这本书具有简单、明确、知识新和学习效率高的特点。我衷心祝愿该书能促进广大学生对生物质化工与生物质材料的理解，并为我国生物质相关的科学与技术的发展做出贡献。学海无涯，编者才疏学浅，编写内容难免有谬误之处，望读者斧正。编者2008年12月于武汉
黄进，西南大学化学化工学院，教授、博导。入选教育部新世纪优 秀人才支持计划和江苏省高层次创新创业人才引进计划，主要致力于聚合物科学与材料科学、生物医学、纳米科学技术等学科交叉的创新研究，重点关注基于组装和复合技术的聚合物基多组分材料体系的构建及应用探索，面向生物质资源高值利用、疾病诊断治疗、国防装备技术等需求研制新材料、新装备，在生物质基材料、肿瘤诊疗纳米材料、聚合物基复合摩擦材料、含能材料功能助剂等方向开展了系列研究工作。已在国内外SCI收录学术期刊发表论文120余篇，SCI检索被引用2000余次；主编《木质素化学及改性材料》、《Polysaccharide-Based Nanocrystals: Chemistry and Applications》（中文版获国家科学技术学术著作出版基金资助）、《生物质化工与生物质材料》等专著教材5部，参编英文专著5部和中文专著教材2部。
第1章 生物质化工及材料概述 1
1.1 生物质化工技术及发展趋势 2
1.1.1 生物质化工概述 3
1.1.2 生物质化工技术的现状 3
1.1.3 生物质绿色化工技术 4
1.1.4 生物质化工的发展方向 6
1.2 生物质材料及发展趋势 6
1.2.1 生物质材料的定义 7
1.2.2 生物质材料的特征 7
1.2.3 生物质材料的应用 8
1.2.4 生物质材料的发展方向 9
参考文献 9
第2章 生物质化工技术 12
2.1 生物质直接燃烧技术 12
2.1.1 生物质直接燃烧技术的特点 13
2.1.2 直接燃烧技术 14
2.1.3 生物质与煤混合燃烧技术 15
2.1.4 生物质直接燃烧技术存在的问题 15
2.2 生物质热解技术 16
2.2.1 生物质热解机理 16
2.2.2 生物质热解的动力学 18
2.2.3 生物质热解影响因素 20
2.2.4 生物质热解工艺类型 21
2.2.5 生物质快速热解技术及研究开发现状 22
2.2.6 生物质热解技术产业化需解决的问题 25
2.3 生物质液化技术 25
2.3.1 生物质液化技术类型 25
2.3.2 生物质快速热解液化 26
2.3.3 生物质高压液化 29
2.3.4 生物质与煤共液化研究 33
2.4 生物质气化技术 33
2.4.1 生物质气化技术的发展 33
2.4.2 生物质气化原理 34
2.4.3 生物质气化工艺及设备 34
2.4.4 生物质气化的影响因素 41
2.4.5 生物质气化燃气的净化 43
参考文献 44
第3章 生物质制氢及相关技术 47
3.1 生物质热化学制氢技术 48
3.1.1 热化学制氢技术类型 48
3.1.2 生物质气化制氢 49
3.1.3 生物质热裂解制氢 54
3.1.4 生物质热解油重整制氢 55
3.1.5 生物质热化学制氢的影响因素 55
3.1.6 生物质制氢技术经济可行性分析 56
3.2 超临界水中生物质气化制氢技术 56
3.2.1 制氢机理 57
3.2.2 制氢反应动力学 58
3.2.3 超临界水中生物质制氢的影响因素 59
3.2.4 制氢工艺与主要设备 61
3.3 光催化重整生物质制氢技术 62
3.3.1 光催化重整生物质制氢 63
3.3.2 光催化重整乙醇制氢 64
3.3.3 光催化重整甲醇制氢 65
3.4 生物质乙醇水蒸气重整制氢技术 67
3.4.1 乙醇水蒸气重整反应的途径 67
3.4.2 乙醇水蒸气催化重整制氢反应热力学 69
3.4.3 乙醇水蒸气重整制氢反应动力学 69
3.4.4 乙醇水蒸气重整制氢反应催化剂 70
参考文献 72
第4章 生物质新能源的制备 74
4.1 燃料乙醇的生产技术 74
4.1.1 燃料乙醇的发展与应用 75
4.1.2 燃料乙醇生产的主要方法 76
4.1.3 生物质水解制取燃料乙醇技术 77
4.2 燃料甲醇的生产技术 84
4.2.1 生物质合成甲醇国内外研究现状 84
4.2.2 生物质合成燃料甲醇技术 85
4.2.3 生物质气化甲醇合成系统 87
4.2.4 生物质气化甲醇合成工艺 91
4.3 生物柴油的制备工艺 93
4.3.1 生物柴油的优缺点 94
4.3.2 生物柴油的生产方法 95
4.3.3 生物柴油在国内外的发展状况 101
4.4 生物油 102
4.4.1 生物油的化学组成 102
4.4.2 生物油的生产与精制 103
4.4.3 生物油的应用 105
参考文献 105
第5章 生物质制备平台化合物 107
5.1 生物质甘油制备1,3-丙二醇 107
5.1.1 1,3-丙二醇的合成方法 108
5.1.2 甘油化学法转化为1,3-丙二醇 109
5.2 生物质制备糠醛 110
5.2.1 糠醛的生产技术 111
5.2.2 糠醛制备的影响因素 112
5.3 生物质制备新型平台化合物乙酰丙酸 113
5.3.1 乙酰丙酸的制备方法 114
5.3.2 生物质水解生成乙酰丙酸的机理 117
5.3.3 生物质水解生成乙酰丙酸的反应动力学 118
5.3.4 乙酰丙酸的提取方法 119
参考文献 120
第6章 木质纤维素生物质预处理技术 121
6.1 木质纤维素的组成与结构特征 121
6.1.1 纤维素 121
6.1.2 半纤维素 122
6.1.3 木质素 123
6.2 木质纤维素预处理的意义 124
6.3 木质纤维素原料的预处理技术 124
6.3.1 物理法 125
6.3.2 物理化学法 128
6.3.3 化学法 131
6.3.4 生物法 136
6.3.5 联合预处理技术 136
参考文献 138
第7章 生物合成聚合物及应用 140
7.1 聚羟基烷酸酯 141
7.1.1 聚羟基烷酸酯的种类 141
7.1.2 PHA的生物合成 142
7.1.3 PHA的物理性质 144
7.1.4 PHA的生物学特征 147
7.1.5 PHA的改性 148
7.1.6 PHA的应用 150
7.1.7 PHA的应用前景与展望 151
7.2 聚氨基酸 151
7.2.1 聚-谷氨酸 151
7.2.2 聚赖氨酸 155
7.2.3 蓝细菌肽 157
7.2.4 聚氨基酸的应用前景与展望 158
参考文献 159
第8章 生物质基聚酯的合成及应用 160
8.1 聚乳酸 161
8.1.1 聚乳酸的发展历史 161
8.1.2 聚乳酸的合成 161
8.1.3 聚乳酸的性能 163
8.1.4 聚乳酸的应用 165
8.2 聚丁二酸丁二醇酯 167
8.2.1 聚丁二酸丁二醇酯的发展史 167
8.2.2 聚丁二酸丁二醇酯的合成 168
8.2.3 PBS的性质 170
8.2.4 PBS的应用 170
8.3 展望 171
参考文献 171
第9章 纤维素及材料 173
9.1 纤维素的结构与性质 173
9.1.1 分子结构和分子量 173
9.1.2 聚集态结构 174
9.1.3 氢键结构 174
9.1.4 溶解性 175
9.1.5 液晶行为 177
9.2 纤维素的化学改性及应用 177
9.2.1 醚化反应 177
9.2.2 酯化反应 178
9.2.3 氧化反应 180
9.2.4 交联改性 180
9.2.5 接枝共聚改性 181
9.2.6 均相化学改性 181
9.3 再生纤维素材料 183
9.3.1 再生纤维素纤维 183
9.3.2 纤维素中空纤维 185
9.3.3 再生纤维素膜 186
9.3.4 其他纤维素材料 187
9.4 天然纤维及其复合材料 187
9.4.1 天然纤维的种类及性质 188
9.4.2 天然纤维的表面处理 189
9.4.3 天然纤维复合增强材料 191
9.5 纤维素纳米纤维复合材料 193
9.5.1 天然纤维素纳米纤维 193
9.5.2 细菌纤维素 194
9.5.3 静电纺丝纳米纤维 194
参考文献 195
第10章 淀粉及材料 198
10.1 淀粉的结构与性质 198
10.1.1 直链淀粉与支链淀粉 198
10.1.2 淀粉的结晶 199
10.1.3 淀粉的物化性质 200
10.2 淀粉及其改性材料 201
10.2.1 热塑性淀粉材料 201
10.2.2 化学改性淀粉材料 203
10.2.3 淀粉基共混材料 208
10.2.4 淀粉基复合材料 213
10.3 结论与展望 216
参考文献 216
第11章 海洋生物质聚多糖及材料 218
11.1 甲壳素和壳聚糖 218
11.1.1 甲壳素和壳聚糖的来源与结构 218
11.1.2 甲壳素和壳聚糖的化学改性 219
11.1.3 甲壳素和壳聚糖的应用 222
11.2 海藻酸及海藻酸盐 228
11.2.1 海藻酸及海藻酸盐的来源与结构 228
11.2.2 海藻酸及海藻酸盐的化学改性 229
11.2.3 海藻酸及海藻酸盐的应用 231
参考文献 239
第12章 天然聚多糖纳米晶及应用 242
12.1 天然聚多糖纳米晶的种类和性质 242
12.1.1 纤维素纳米晶 243
12.1.2 甲壳素纳米晶的制备与性质 245
12.1.3 淀粉纳米晶的制备与性质 246
12.2 天然聚多糖纳米晶的修饰 247
12.2.1 聚多糖纳米晶的物理修饰 247
12.2.2 聚多糖纳米晶的化学修饰 248
12.3 天然聚多糖纳米晶的应用 251
12.3.1 聚多糖纳米晶改性复合材料的增强机理模型 252
12.3.2 天然聚多糖纳米晶改性聚合物材料 253
12.4 天然聚多糖纳米晶功能材料及应用 256
12.4.1 聚多糖纳米晶模板合成无机纳米粒子 256
12.4.2 聚多糖纳米晶制备有机渗透膜 257
12.4.3 聚多糖纳米晶在凝胶复合材料中的制备及应用 257
12.4.4 聚多糖纳米晶在特殊功能材料领域的应用 258
12.4.5 聚多糖纳米晶在导电材料领域的应用 260
12.4.6 聚多糖纳米晶基液晶光学材料 261
12.4.7 聚多糖纳米晶在其他领域的应用 262
参考文献 264
第13章 木质素及改性材料 266
13.1 木质素的结构与性质 266
13.1.1 木质素的多级结构 266
13.1.2 木质素的物理性质 271
13.1.3 木质素的降解性 276
13.1.4 木质素的衍生化 285
13.1.5 木质素的接枝共聚 288
13.2 木质素复合材料 290
13.2.1 木质素酚醛树脂 290
13.2.2 木质素聚氨酯 292
13.2.3 木质素填充改性橡胶 295
13.2.4 木质素共混改性聚烯烃 297
13.2.5 木质素/天然高分子复合材料 298
13.3 木质素及材料的应用 300
13.3.1 木质素材料用作工程塑料 300
13.3.2 木质素材料用作泡沫和薄膜材料 301
13.3.3 木质素材料用作胶黏剂 302
13.3.4 木质素及其衍生物用作絮凝剂 304
13.3.5 木质素及其衍生物的其他用途 305
13.4 结论和展望 306
参考文献 306
第14章 天然橡胶及应用 310
14.1 天然橡胶的发展历史 310
14.1.1 国内外天然橡胶发展历史 310
14.1.2 天然橡胶大分子结构与性能的认知历程 311
14.2 天然橡胶的生物合成、分子结构及制备 312
14.2.1 天然橡胶的生物合成 312
14.2.2 天然橡胶的超分子结构支化和凝胶 315
14.2.3 天然橡胶的制备 316
14.2.4 特种天然橡胶的制备 316
14.3 天然橡胶的结晶及理化性质 317
14.3.1 天然橡胶的低温结晶 317
14.3.2 天然橡胶的应变诱导结晶 318
14.3.3 天然橡胶的性能概述 319
14.4 天然橡胶的物理、化学改性及应用 321
14.4.1 物理改性 321
14.4.2 化学改性 324
14.4.3 天然橡胶的应用 326
14.5 其他天然橡胶 328
14.5.1 银菊橡胶 328
14.5.2 蒲公英橡胶 328
14.5.3 杜仲橡胶 329
参考文献 329
第15章 动物蛋白质及材料 331
15.1 丝蛋白质 331
15.1.1 蚕丝及其组成 331
15.1.2 蜘蛛丝及其组成 332
15.1.3 动物丝的力学性能 333
15.1.4 动物丝及丝蛋白的降解 333
15.1.5 动物丝及丝蛋白的应用 335
15.2 弹性蛋白质 337
15.2.1 弹性纤维的物理化学性质 337
15.2.2 弹性蛋白的制备和分析 340
15.2.3 弹性蛋白质材料的应用 341
参考文献 342
第16章 植物蛋白质及材料 344
16.1 常见的天然植物蛋白质 344
16.1.1 大豆蛋白质 344
16.1.2 玉米蛋白质 345
16.1.3 小麦蛋白质 346
16.2 植物蛋白质的物理和化学性质 346
16.2.1 蛋白质的物理性质 346
16.2.2 蛋白质的化学反应 348
16.2.3 蛋白质的接枝共聚 350
16.3 天然植物蛋白质材料 350
16.3.1 增塑和变性蛋白质材料 351
16.3.2 交联改性蛋白质材料 352
16.3.3 蛋白质共混材料 354
16.3.4 纳米复合蛋白质材料 357
16.4 植物蛋白质材料的应用 359
16.4.1 蛋白质降解材料 359
16.4.2 可食性薄膜和包装材料 360
16.4.3 蛋白质纤维和纳米纤维 361
16.4.4 蛋白质胶黏剂 363
16.4.5 蛋白质生物材料 366
16.5 结论和展望 368
参考文献 369
第17章 天然植物油及材料 372
17.1 天然油脂的结构及组成 372
17.2 植物油的直接聚合及其材料 375
17.2.1 植物油-乙烯基单体共聚塑料 375
17.2.2 蓖麻油型聚氨酯及互穿网络材料 378
17.2.3 基于甘油为原料的聚合物材料 379
17.2.4 植物油及对应脂肪酸聚合物 381
17.3 植物油化学改性及材料 387
17.3.1 聚酯 387
17.3.2 聚氨酯 390
17.3.3 丙烯酸/马来酸酐改性植物油-乙烯基单体共聚塑料 393
17.3.4 环氧树脂 394
17.3.5 聚酰胺和聚酯酰胺 395
17.3.6 聚多酚 396
17.4 植物油复合材料及纳米复合材料 397
17.5 结论及展望 399
参考文献 399
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