生物质材料及应用PPT课件

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（五）人造蜘蛛丝纤维 多肽链组成，结构很复杂。
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蜘蛛丝是由一些原纤纤维束组成， 原纤又是由几个厚度为120nm的微 原纤组成，微原纤是由蜘蛛丝蛋白 构成的高分子化合物。
蜘蛛丝蛋白的氨基酸以甘氨酸和丙 氨酸为主，二者约占70%，还有丝 氨酸、谷氨酸、亮氨酸、精氨酸和 络氨酸等。
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蜘蛛丝具有很高的强度，比芳纶还 高，是钢的5-10倍。蜘蛛丝的弹性 和韧性都很好，耐冲击性强。 耐低温性好，-40°仍保持其弹性。 生物可降解，不会对环境造成污染。
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（4）较好的可纺性 强度偏低，在一定程度上影响了
甲壳素纤维的成纱强度。纯纺困难， 通常混纺。有待改进。
具有优良的染色性能，可采用直接、 活性、还原、碱性及硫化等多种染料 进行染色，且色泽鲜艳。
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（5）保健功能
（1） 抗菌除臭功能。 （2） 对皮肤的护理功能。 （3） 对过敏性皮肤的辅助治疗功能。 （4） 对环境的保护功能。 （5） 抗静电功能。
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（六）蚕蛹蛋白复合纤维 （七）再生动物毛蛋白纤维
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五、甲壳素纤维
由虾、蟹、昆虫的外壳及菌类、藻 类细胞壁中提取。
甲壳素与纤维素的结构十分相似， 第二碳位上羟基被乙酰基（-NHCOCH2） 脱乙酰基后被氨基取代则为壳聚糖。
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① 节肢动物，主要包括甲壳纲，如虾、蟹等，含甲壳素20%~30%， 高的达58%~85%；其次是昆虫纲，如蝗、蝶、蚊、蚕等蛹壳中含甲壳 素20%~60%；多足纲如马陆、蜈蚣等；
原因：结晶度高、取向度大，横向结合力 弱，
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（3）吸湿性能
回潮率 保水能力
Lyocell 11.5
65
高湿模量 12.5 75
粘胶 13 90

生物质材料广泛应用于建筑、包装、能源等领域 生物质材料具有可再生、环保、可降解等优点 生物质材料的研究和应用已成为全球关注的热点
生物质材料的生产技术和应用水平不断提高，但仍存在成本高、性能不稳定等问题
生物质材料的研究进展
生物质材料的研 究始于20世纪70 年代
生物质材料主要 包括纤维素、木 质素、半纤维素 等
生物质材料的生产技术将不断改进， 提高生产效率，降低生产成本
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生物质材料的性能将不断提高，如 强度、耐久性、可降解性等
生物质材料的环保性能将得到进一 步重视，如减少碳排放、减少环境 污染等
生物质材料面临的挑战
成本问题：生 物质材料的生 产成本相对较 高，需要降低 成本以提高竞
生物质材料的分类
木质材料：如木材、竹材等 草本材料：如稻草、麦秆等 纤维素材料：如棉、麻等
淀粉材料：如玉米、土豆等 油脂材料：如大豆、油菜等 蛋白质材料：如大豆、花生等
生物质材料的来源
植物来源：如木材、秸秆、草本植物等 动物来源：如动物粪便、羽毛、皮屑等 微生物来源：如微生物发酵产生的生物质 废弃物来源：如生活垃圾、工业废料等
生物质材料的发展历程
19世纪初：生物质材料开 始被用于建筑和家具制造
20世纪初：生物质材料开 始被用于包装和食品包装
20世纪中叶：生物质材料 开始被用于生物医学领域
21世纪初：生物质材料开 始被用于环保和可再生能 源领域
当前：生物质材料已成为 全球关注的热点，广泛应 用于各个领域
生物质材料的现状
生物质材料的应用领域
建筑材料：生物质材料可作为建筑 材料，如木材、稻草等
生物能源：生物质材料可作为生物 能源，如生物柴油、生物乙醇等

3.生物质成型燃料应用前景
生物质成型燃料的应用有助于解决我国三大战略难题
生 • “能源问题﹖”
物 质
成 • “环境问题﹖”
型 燃
料 • “三农问题﹖”
新的、可再生的替代能源 优化能源结构、增加能源供给 提高能源使用效率
CO2零排放、SO2、氮氧化物低排 放 减少秸秆焚烧污染空气
农林废弃物资源化利用 改善农村能源结构 提高农民收入、增加农民就业岗位
秸秆颗粒燃料
➢原 料：玉米秸、豆秸、棉桔、花生壳等 ➢热 值：3600-4000大卡/千克 ➢含水率：≤12% ➢灰 分：3-5% ➢密 度：1.1-1.3吨/立方米 ➢直 径：6mm、8mm、12mm、 22mm ➢用 途：生物质工业锅炉（6-12mm） 、 民用炊事炉（6-12mm） 、高档民用锅炉 （6-12mm）、电站锅炉（￠22mm）等 燃料。
厘米；长度5-8厘米 用 途 生物质工业锅炉、
民用炊事、采暖炉 和电站锅炉等燃料
秸秆块状燃料
玉米秸、豆秸、花生壳等 3800大卡/千克 ≤12% 3-5% 1.1-1.3吨/立方米 32*32*30-50mm 民用炊事炉、民用采暖炉、 电站锅炉等燃料。
2.生物质燃料应用现状
2.1国外生物质燃料应用现状
因为在目前的国家政策和环保标准中，直接燃烧生物质属于高污染燃料， 只在农村的大灶中使用，不允许在城市中使用。所以生物质燃料的应用， 实际主要是生物质成型燃料的应用。 2）特点 a. 绿色能源 清洁环保 b. 成本低廉 附加值高 c. 密度较大 储运方便 d. 高效节能 应用广泛
1.2生物质成型燃料种类
生物总量
可获得量
可利用量
➢我国现有生物质成型燃料生产厂近200家。秸秆燃料厂主要分布在华北、华中和东 北等地；木质颗粒燃料厂主要集中在华东、华南、东北和内蒙等地。

合理利用资源，减少对环境的负面影响。
05 生物质专题研究动态
生物质能研究进展
生物质能转化技术
研究生物质如何通过热化学、生物化学和物理等方法转化为可再 生能源，如生物质能、生物燃料等。
生物质能效率提升
探索提高生物质能转化效率和产量的方法，包括优化反应条件、 改进催化剂和反应器设计等。
生物质能环境影响
随着环保意识的提高和可再生能源政策的推动， 全球生物质能源需求呈现逐年上升趋势。
生物质能源供应多样化
全球范围内，生物质能源的来源包括农业废弃物 、林业废弃物、城市垃圾、畜禽粪便等，供应呈 现多样化特点。
生物质能源技术不断创新
为了提高生物质能源的产量和效率，全球范围内 的研究机构和企业不断进行技术创新，推动生物 质能源产业的发展。
生物质产业发展前景与挑战
生物质能源需求将持续增长
01
随着环保意识的提高和可再生能源政策的推动，未来生物质能
源需求将持续增长。
技术创新是产业发展关键
02
为了满足市场需求和提高产业竞争力，生物质能源产业需要不
断进行技术创新，提高产量和效率。
应对资源短缺和环境保护挑战
03
生物质能源产业的发展需要应对资源短缺和环境保护的挑战，
生物质是自然界中广泛存在的有机物质，包括植物、动物和微生物等。这些有机物质在一定条件下可以转化为燃 料或化学品，因此具有很高的利用价值。根据来源不同，生物质可分为木质生物质（如木材、秸秆等）、非木质 生物质（如油料作物、甘蔗渣等）和微藻生物质（如螺旋藻、小球藻等）等。
生物质的来源与分布
总结词
生物质的来源主要包括农业废弃物、林业废弃物、城市垃圾和工业废弃物等，全球范围 内生物质的分布较为广泛，但地区分布不均。

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流化床动力学设计的关键是要将反应器中热解生 成的炭吹走，而热载体沙子则要保留在反应床内， 以减少反应床内的热量损失．这就需要仔细选择 和匹配固体颗粒(沙子和生物质)的粒径、流化速 度和床层结构参数。流化床内的反应温度由热电 偶进行多点测量，并控制在最佳反应温度之内(如 450 ～ 550℃)，反应压力为微正压(如1.0～5.0 kPa)。
生物质热解液化 及其应用
（之二）
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第四节 生物质热解液化典型技术
一、液化技术分类与比较
生物质热解液化机组一般应包括原 料破碎和烘干用的预处理设备、生物质 进料装置、液化反应器、气固分离装置、 快速冷却装置和气体输送设备等，其中 液化反应器是核心部件，它的运行方式 决定了液化技术的种类。
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反应产物流经旋风分离器首先分离掉炭， 剩下的气体产物被送入冷凝器进行强制冷 凝，其中可冷凝的气体则被冷凝为生物油 而储集在冷凝器的下部，至一定程度后用 专门的容器进行收集和储藏，而不可冷凝 的气体则通过过滤器过滤后，一部分送入 循环气体压缩机中用作流化床反应器的流 化介质，另一部分或用作生物质原料烘干 用的气体燃料，或作他用。
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3．第三阶段――气流输送
气流流速继续增加，当气流速度大于固体
颗粒的沉降速度，这时，床层高度大于容器高
度，固体颗粒被气流带走，空隙度增加，床层
压力减少。这种当流速增大到某一数值，使流
速对物料的阻力和物料的实际重量相平衡的流
速，称为“悬浮速度”、“最大流化速度”、
“带出速度”，当气流速度稍高于“带出速
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2．循环流化床式

项目 分子形状 聚合度
表2-5 直链淀粉和支链淀粉的比较
直链淀粉 直链分子 100-6000
支链淀粉 支链分子 1000-3000000
尾端基
分子的一端为非还原尾端 分子具有一个还原尾端 基其另一端为还原端基 基和许多非还原尾端基
碘着色反映 吸附碘量/% 凝沉性质
络合结构 X光衍射分析 乙酰衍生物
深蓝色
不同淀粉的含水量存在差别,这是由于淀粉 分子中羟基自行缔合及与水分子缔合程度不 同所致。
Ø c. 淀粉的吸湿与解吸
Ø 淀粉中含水量受空气湿度和温度变化影响, 阴雨天,空气中相对湿度高,淀粉含水量增加; 天气干燥,则淀粉含水量减少。
Ø 在一定的相对湿度和温度条件下,淀粉吸收 水分与释放水分达到平衡,此时淀粉所含的水 分称平衡水分(可逆的)。在常温常压下,谷类 淀粉平衡水分为10%~15%,薯类为17%~18%。 用作稀释剂和崩解剂的淀粉,宜用平衡水分小 的玉米淀粉。
淀粉、纤维素的结构和物理性质比较
淀粉
纤维素
通式 结构
n值（C由6H几10O百5）n—几千 葡萄糖单元
（C几6H千10O5个）n葡萄糖单元
相对分子量 十几万→几十万 几十万→几百万
相互关系
1不是同分异构体 2不是同系物 3均属天然高分子化合物
白色无气味无味道
物理性质 不溶于冷水，热水糊化
白色无气味无味道 不溶于水也不溶于 一般有机溶剂
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淀粉在酸作用下加热逐步水解生成糊精、 麦芽糖及异麦芽糖、葡萄糖。
(C6H10O5)n (C6H10O5)m C12H22O11 C6H12O6
淀粉
糊精
麦芽糖 葡萄糖
淀粉的来源
淀粉
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酸溶木素含量B以每1L中的质量（克）表示：
B A D 105
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式中： A —— 吸收值； D —— 滤液的稀释倍数； 105—— 吸光系数，L/g.cm。
X BV 100 1000W0
原料中酸溶木素含量X，以质量百分数表示： 式中：V —— 滤液总体积，ml；
3、MWL的性质：
1、淡黄色粉末。 2、酚羟基增多，α-羟基增多。 3、分子量变低
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七）、木素与溶剂间有反应的有机溶剂木 素分离方法
①有机溶剂+无机 试剂（催化剂）
乙醇+HCl 二氧六环+HCl 硫代醋酸+HCl 温和氢化
乙醇解木素 二氧六环酸解木素 硫代醋解木素 氢解木素
20世纪初Klasson木素定量法的发明、木素起源于松
柏醇学说的提出、30年代木素模型物研究方法的开
发、40年代木素醇解试验以及50年代的脱氢聚合实
验等研究工作取得了非常大的成绩，到1980年木素
结构基本研究清楚了。 .
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木素是仅次于纤维素的、最丰富的天然高 分子有机物，木素存在于裸子植物、被子 植物和所有维管植物中（热带的桫椤除 外），估算全世界每年约可产1500亿吨， 木素含碳量高，蕴藏着丰富的化学能。
主要有三种：
酮 酸氨 木:(木 素 H [N2S素 aO 4、 O/H ： H H2SC 或 O 4l/C 混(uN合 H 3)4酸 (OH ） )3],(碳 用 （水 得 碳化 最 水合 广 化物 。 /合 溶的 物 ） 解 过碘酸盐木 N3aH素 2IO6： ),(碳 （水化合物的 ，氧 溶化 解

干燥
粉碎
储存 计量
储存 计量
混合
成型
筛分
生物质型煤
生物质 干燥 粉碎 储存 计量
2.2 生物质固硫型煤燃烧特性
1）点火性能 可燃基挥发分比原煤高，进入炉膛后，生物质首先燃烧，使型
煤短时间达到着火点，生物质燃料燃烧后体积收缩，使型煤产生 很多孔道及空袭，形成多孔形球体。 2）燃烧机理
静态渗透式扩散燃烧 燃烧由表面及不断深入到内部，不会发生热解析炭冒烟现象。 3）固硫特性 生物质比煤先燃烧，形成的空隙起到了膨化疏松作用，使固硫 剂CaO颗粒内部不易发生烧结，可使空袭率增加，增大SO2和O2 向CaO颗粒内的扩散作用，提高钙的利用率。 可在较低的Ca/S下，使固硫率达到50%以上。
日本开发，间歇反应器，以He为载气，反应温度为250-400 0C， 催化剂为碱金属的碳酸盐，产油率为50%（采用发酵残渣为原料）。
Na2CO3+H2+2CO----2HCOONa+CO2 2C6H10O5+2HCOONa---2C2H10O4+H2O+CO2+Na2CO3 3）煤与生物质共同液化
可降低煤的液化温度，增加低分子量的戊烷可溶物，生物质与煤 相互作用机理不明。
汽油中可以掺入25%，提高辛烷值。Leabharlann 性质 相对密度（20 0C）
辛烷值 闪点
甲醇的燃料特性
数值
性质
0.80
馏程/0C
100 热值/（kJ/kg）
11 汽化潜热/（kJ/kg）
数值 65 19647 1105
2）甲醇生产工艺 生物质---合成气的制造----合成气净化---甲醇合成---甲醇精馏
两类催化剂： • ZnO-Cr2O3为基础的改良氧化物系统催化剂，反应压力34MPa, 温度

量达
响,但尾气中碳氢化合物、
❖ 到2.7%；如添加10%乙醇,
3. 反应条件温和
不需要高温、高压、强酸、强碱等苛刻条件，大多 常温常压下，活性最高。
4. 多样性
目前已发现的酶有2500种，还有2万多种具有催 化作用的微生物，几乎能催化所有的化学反应。
生物质资源利用实例
历史悠久的发酵技术
大约5000年前，我国人民已掌握酿酒、酿醋技术。
酿酒
原 蒸 料 淀 煮 粉 糖 酶 酵 化 母 酒 菌 蒸 化 酒
酶——打开生物质资源宝库的钥匙
大分子 物质
淀粉
纤维素 半纤维素
物理法 化学法
葡萄糖
木质素
生物转化法
物理法和化学法，是通过热裂解、分馏、氧化还原 降解、水解和酸解等方法将纤维素、木质素等大分子生 物质降解成低分子量的碳氢化合物、可燃气体和液体， 直接作为能源或经分离提纯后作为化工原料。
但是，物理法和化学法一般的能耗高、产率低且过 程污染较严重，因此单独使用一般缺乏实用性，往往是 作为生物转化法的辅助手段。
生物转化法是利用酶将生物质降解为葡萄糖，然 后转化为各种化学品。因此酶在生物质的应用过程中 的地位不言而喻。
酶催化的特点：
1. 高效性
普通催化剂对化学反应加速一般为104~105倍， 酶对反应的加速作用一般在109~101以上。
2. 专一性
普通催化剂往往对同一类型反应都有催化作用，而 酶只选择催化某个反应并获得特定的产物。
酿醋
原 蒸 料 淀 煮 粉 糖 酶 酵 化 母 酒 菌 麸 化 皮 发 、 醋 醋 酵
生物炼制
❖ 生物炼制是利用农业废弃物、植物基淀粉和木质纤 维素材料为原料，生产各种化学品、燃料和生物基 材料。根据近来研究开发的不同情况，生物炼制分 为3种系列：①木质纤维素炼制：用自然界中干的 原材料如含纤维素的生物质和废弃物作原料；②全 谷物炼制：用谷类或玉米作原料；③绿色炼制：用 自然界中湿的生物质如青草、苜蓿、三叶草和未成 熟谷类作原料。生物炼制大幅扩展可再生植物基原 材料的应用，使其成为环境可持续发展的化学和能 源经济转变的手段。