2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫——生物質(zhì)資源可持續(xù)化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題干后的括號內(nèi)）1.下列哪種成分通常不作為生物質(zhì)的主要結(jié)構(gòu)單元？（）A.纖維素B.半纖維素C.木質(zhì)素D.蛋白質(zhì)2.熱解過程中，溫度升高通常會導(dǎo)致？（）A.固體產(chǎn)物產(chǎn)率增加B.液體（生物油）產(chǎn)率增加C.氣體產(chǎn)物產(chǎn)率降低D.副反應(yīng)增多，產(chǎn)物流質(zhì)化3.在生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化中，費托合成主要用于生產(chǎn)？（）A.乙醇和丁醇B.甲基叔丁基醚（MTBE）C.長鏈烴類燃料D.乳酸和乙醇4.下列哪種預(yù)處理方法主要利用微生物作用分解木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)？（）A.堿處理B.酸處理C.酶處理D.熱解5.原子經(jīng)濟性是衡量化學(xué)反應(yīng)過程的重要指標，其目標是？（）A.提高反應(yīng)速率B.降低能耗C.使目標產(chǎn)物中原子來自于原料的原子百分比最大化D.增加副產(chǎn)物種類6.氣化過程中，生物質(zhì)主要轉(zhuǎn)化為？（）A.纖維素和半纖維素B.水煤氣（CO和H2）C.高分子聚合物D.生物油和焦油7.用于生物質(zhì)催化氣化的催化劑，其主要功能通常不包括？（）A.促進水解反應(yīng)B.催化脫水反應(yīng)C.促進碳化反應(yīng)D.高效選擇性地轉(zhuǎn)化CO和H2為目標燃料8.生物化學(xué)轉(zhuǎn)化方法中，利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)生物柴油前體（如油脂或脂肪酸甲酯）的過程通常稱為？（）A.水解B.酶解C.微生物轉(zhuǎn)化D.費托合成9.可持續(xù)化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)強調(diào)減少廢棄物產(chǎn)生，下列措施中不屬于此原則的是？（）A.副產(chǎn)物（如焦油、氨氣）的回收利用B.催化劑的循環(huán)使用C.使用有毒、難以降解的化學(xué)試劑進行預(yù)處理D.優(yōu)化工藝以降低能耗10.流化床氣化技術(shù)相較于固定床氣化，其主要優(yōu)勢之一是？（）A.操作溫度更低B.更容易處理高水分原料C.產(chǎn)物焦油含量通常更低D.設(shè)備結(jié)構(gòu)更簡單二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填在橫線上）1.生物質(zhì)的主要化學(xué)成分包括纖維素、______、木質(zhì)素和蛋白質(zhì)。2.生物質(zhì)預(yù)處理的主要目的是去除阻礙后續(xù)轉(zhuǎn)化步驟的______，提高反應(yīng)速率和選擇性。3.熱解是指在缺氧或______條件下，生物質(zhì)受熱分解產(chǎn)生生物油、生物炭和可燃氣體的過程。4.催化水解是利用______或無機酸催化纖維素和半纖維素水解成糖類的過程。5.費托合成是將合成氣（CO和H2）在______催化下轉(zhuǎn)化為長鏈烴類和醇類的過程。6.評價生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)經(jīng)濟性的重要指標包括投資成本、操作成本、產(chǎn)品______和市場需求。7.可持續(xù)化學(xué)轉(zhuǎn)化要求過程具有環(huán)境友好性，例如盡量減少______排放和資源消耗。8.生物油是一種含有復(fù)雜有機物的______相液體燃料，其主要成分是酚類、醇類和酮類。9.氣化過程中，生物質(zhì)與氣化劑（如空氣、氧氣或水蒸氣）發(fā)生部分氧化反應(yīng)，主要產(chǎn)物是______和水。10.原子經(jīng)濟性高的反應(yīng)通常意味著______和副產(chǎn)物少。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述生物質(zhì)熱解和氣化在反應(yīng)產(chǎn)物和主要應(yīng)用方面的主要區(qū)別。2.簡述酶法預(yù)處理生物質(zhì)相比于化學(xué)法預(yù)處理的優(yōu)點。3.簡述費托合成技術(shù)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)及其可能的解決方案。4.簡述生物質(zhì)資源可持續(xù)化學(xué)轉(zhuǎn)化中評價一個技術(shù)“綠色”程度的幾個主要方面。四、論述題（每題10分，共30分）1.論述提高生物質(zhì)化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中催化劑活性和選擇性的相互關(guān)系及調(diào)控策略。2.論述生物質(zhì)資源可持續(xù)化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)對于應(yīng)對全球氣候變化和能源安全的意義。3.論述生物質(zhì)氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（BIIGC）的技術(shù)原理、優(yōu)勢以及目前面臨的主要挑戰(zhàn)。---試卷答案一、選擇題1.D2.B3.C4.C5.C6.B7.D8.C9.C10.B二、填空題1.半纖維素2.碳水化合物（或木質(zhì)素）3.有限氧（或微氧）4.酶5.金屬（或合成）6.價格（或價值）7.溫室氣體（或CO2）8.生物9.合成氣（或水煤氣）10.收率三、簡答題1.解析思路：首先回答熱解產(chǎn)物：主要是生物油（液體）、生物炭（固體）和可燃氣（氣體）。主要應(yīng)用：生物油作為燃料或化學(xué)品前體；生物炭作為碳材料或土壤改良劑；可燃氣用于發(fā)電或合成。其次回答氣化產(chǎn)物：主要是合成氣（CO和H2）以及少量焦油和炭黑。主要應(yīng)用：合成氣用于費托合成、甲醇合成等，生產(chǎn)化學(xué)品和燃料。最后比較區(qū)別：產(chǎn)物組成不同（固體、液體、氣體vs主要為氣體）；反應(yīng)深度不同（熱解是分解，氣化是氧化轉(zhuǎn)化）；主要應(yīng)用方向不同（熱解產(chǎn)物相對直接，氣化產(chǎn)物主要是合成氣用于進一步化學(xué)合成）。2.解析思路：從環(huán)境友好角度回答：酶是生物催化劑，環(huán)境友好，條件溫和（常溫常壓，水相），選擇性好，副產(chǎn)物少，對設(shè)備腐蝕性小。從效率角度回答：酶反應(yīng)效率高，某些情況下可避免使用強酸強堿。從成本角度回答：酶成本可能較高，但通常只需較低溫度，能耗低，且可回收利用。從適用性角度回答：酶通常對特定底物和反應(yīng)條件有要求，但針對纖維素等復(fù)雜結(jié)構(gòu)有優(yōu)勢。3.解析思路：挑戰(zhàn)：催化劑成本高、壽命短、易中毒失活、選擇性不夠理想（例如，過度生成甲烷而非目標液體燃料）、反應(yīng)條件苛刻。解決方案：開發(fā)低成本、高活性、高選擇性、高穩(wěn)定性且易回收的催化劑（如納米材料、金屬有機框架MOFs）；優(yōu)化反應(yīng)工藝條件（如反應(yīng)器設(shè)計、溫度壓力控制）；采用原位表征技術(shù)實時監(jiān)控催化劑狀態(tài)，實現(xiàn)智能調(diào)控；發(fā)展催化劑再生技術(shù)；設(shè)計多級反應(yīng)器，提高目標產(chǎn)物選擇性。4.解析思路：從原料角度：是否使用可再生生物質(zhì)原料。從過程角度：是否采用環(huán)境友好的溶劑和催化劑，反應(yīng)條件是否溫和，能耗和物耗是否低，原子經(jīng)濟性是否高。從產(chǎn)物角度：是否產(chǎn)生大量污染物（如酸性廢水、有毒氣體），副產(chǎn)物是否得到有效處理和資源化利用。從生命周期角度：評估整個轉(zhuǎn)化過程從原料獲取到最終產(chǎn)品使用的全生命周期環(huán)境影響（如溫室氣體排放）。從經(jīng)濟性角度：成本是否合理，產(chǎn)品是否具有市場競爭力。四、論述題1.解析思路：*關(guān)系：活性指反應(yīng)速率快慢，選擇性指目標產(chǎn)物產(chǎn)率高低。兩者通常存在權(quán)衡關(guān)系，即提高活性可能犧牲選擇性（產(chǎn)生更多副產(chǎn)物），而提高選擇性可能需要較低活性或更苛刻的條件。理想目標是同時提高活性和選擇性。*調(diào)控策略：*催化劑設(shè)計：通過改變催化劑的組成（金屬種類、助劑）、結(jié)構(gòu)（納米尺寸、形貌、載體）、表面性質(zhì)（活性位點種類和數(shù)量）來調(diào)控。*反應(yīng)條件優(yōu)化：調(diào)整溫度、壓力、反應(yīng)物濃度、流速等，找到活性最佳且選擇性最優(yōu)的窗口。*反應(yīng)器設(shè)計：選擇合適的反應(yīng)器類型（固定床、流化床、微反應(yīng)器等），優(yōu)化反應(yīng)器內(nèi)的傳質(zhì)傳熱，使反應(yīng)物能快速到達活性位點，并減少副反應(yīng)途徑。*原位表征與智能控制：利用原位技術(shù)實時監(jiān)測反應(yīng)過程和催化劑狀態(tài)，結(jié)合模型進行預(yù)測和調(diào)控，實現(xiàn)反應(yīng)過程的精準控制，平衡活性和選擇性。*多步反應(yīng)集成：設(shè)計催化體系或反應(yīng)過程，使催化中心能夠連續(xù)參與多個步驟，引導(dǎo)反應(yīng)向目標產(chǎn)物方向進行。2.解析思路：*應(yīng)對氣候變化：生物質(zhì)是可再生資源，利用生物質(zhì)替代化石燃料可以減少CO2等溫室氣體的排放，有助于實現(xiàn)碳中和目標。生物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程可以通過集成碳捕獲與利用技術(shù)，實現(xiàn)負碳排放。*保障能源安全：石油資源日益枯竭且分布不均，發(fā)展生物質(zhì)能源可以減少對化石能源的依賴，提高國家能源自給率，增強能源供應(yīng)的韌性。*促進經(jīng)濟發(fā)展：生物質(zhì)能源和化學(xué)品產(chǎn)業(yè)可以帶動農(nóng)業(yè)、林業(yè)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，創(chuàng)造就業(yè)機會，形成新的經(jīng)濟增長點。*環(huán)境效益：合理的生物質(zhì)利用可以改善農(nóng)村環(huán)境（如處理農(nóng)業(yè)廢棄物），減少廢棄物焚燒帶來的空氣污染。*社會效益：提供清潔能源和化學(xué)品，改善生活質(zhì)量，促進可持續(xù)發(fā)展。3.解析思路：*技術(shù)原理：生物質(zhì)氣化產(chǎn)生合成氣（CO+H2），合成氣經(jīng)過凈化后進入燃氣輪機燃燒發(fā)電，產(chǎn)生高溫高壓燃氣，用于驅(qū)動渦輪機。余熱可用于發(fā)電或供熱，實現(xiàn)能量梯級利用。燃氣輪機排出的余熱產(chǎn)生蒸汽，可用于驅(qū)動蒸汽輪機發(fā)電，進一步提高能源利用效率。*優(yōu)勢：能量轉(zhuǎn)換效率高（通常高于生物質(zhì)直燃發(fā)電），能夠利用固體廢棄物資源，發(fā)電功率范圍寬，可以與可再生能源（如太陽能、風(fēng)能）結(jié)合，提供穩(wěn)定可靠的電力。*挑戰(zhàn)：*技術(shù)集成復(fù)雜：涉及氣化、凈化、合成氣處理、燃氣輪機、余熱利用等多個環(huán)節(jié)，系統(tǒng)集成和控制復(fù)雜。*成本較高：設(shè)備投資成本相對較高，尤其是氣化爐和燃氣輪機部分。*原料適應(yīng)性：對生物質(zhì)原料