2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫——生物質(zhì)能在農(nóng)林資源利用中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題均有多個(gè)正確選項(xiàng)，請將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。若漏選、錯(cuò)選或未選均不得分。）1.下列哪些材料屬于典型的生物質(zhì)資源？（）A.農(nóng)作物秸稈B.木材和樹枝C.生活污水D.動(dòng)物糞便E.地下煤炭2.生物質(zhì)中含量最豐富、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的兩種多糖是？（）A.淀粉和糖原B.纖維素和半纖維素C.木質(zhì)素和果膠D.蛋白質(zhì)和脂質(zhì)3.生物質(zhì)熱解過程中，主要發(fā)生的化學(xué)變化包括？（）A.纖維素和半纖維素水解成小分子糖類B.木質(zhì)素發(fā)生斷鏈和縮聚反應(yīng)C.有機(jī)物在缺氧條件下發(fā)生熱分解D.產(chǎn)生富含氧的液體生物油和固體生物炭E.生成高熱值的合成氣4.與直接燃燒相比，生物質(zhì)氣化技術(shù)的優(yōu)勢在于？（）A.能量轉(zhuǎn)化效率通常更高B.產(chǎn)物燃?xì)饪芍苯永没蛴糜诤铣苫瘜W(xué)品C.對(duì)原料的適用性更廣D.可減少固體殘?jiān)漠a(chǎn)生E.操作溫度通常較低5.生物質(zhì)液化技術(shù)旨在將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為？（）A.氣態(tài)燃料B.液態(tài)生物燃料（如生物柴油、生物乙醇）C.固態(tài)生物炭D.合成氣E.高分子聚合物6.下列哪種技術(shù)主要利用微生物的發(fā)酵作用來轉(zhuǎn)化生物質(zhì)？（）A.生物質(zhì)熱解B.生物質(zhì)氣化C.生物質(zhì)液化D.生物發(fā)酵制乙醇E.催化裂化7.生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中，催化劑的主要作用包括？（）A.降低反應(yīng)活化能B.改變反應(yīng)路徑C.選擇性地提高目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率D.加快反應(yīng)速率E.提高原料的轉(zhuǎn)化率（本身不被消耗）8.生物質(zhì)能源利用過程中，木質(zhì)素的存在通常帶來的挑戰(zhàn)有？（）A.難以在熱解、氣化過程中有效分離B.可能導(dǎo)致催化劑中毒C.其結(jié)構(gòu)碎片可能降低目標(biāo)產(chǎn)物（如生物油）的質(zhì)量D.燃燒時(shí)產(chǎn)生焦油E.是纖維素和半纖維素的粘合劑，難以去除9.生物油作為一種生物質(zhì)液體燃料，其主要缺點(diǎn)包括？（）A.含水量高B.含氧量高C.易于氧化降解D.黏度大E.熱值相對(duì)較低10.影響生物質(zhì)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵因素通常有？（）A.原料獲取和預(yù)處理的成本B.轉(zhuǎn)化過程的效率C.設(shè)備投資和運(yùn)營成本D.產(chǎn)物的市場需求和價(jià)格E.政府的補(bǔ)貼政策和環(huán)保法規(guī)二、填空題（每空2分，共20分。請將正確答案填在橫線上。）1.生物質(zhì)的主要化學(xué)成分通常包括________、________和________。2.生物質(zhì)熱解根據(jù)加熱速率不同，可分為快速熱解、________和慢速熱解。3.生物質(zhì)氣化主要產(chǎn)生兩種主要產(chǎn)物：________和水。4.生物柴油的化學(xué)本質(zhì)通常是脂肪酸甲酯或乙酯，其主要原料來源是________。5.生物質(zhì)能源的利用有助于減少溫室氣體排放，實(shí)現(xiàn)________化。6.木質(zhì)素是植物細(xì)胞壁中主要的________和________性物質(zhì)。7.為了提高生物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率，常常需要對(duì)原料進(jìn)行________和/或________。8.生物質(zhì)發(fā)酵制乙醇，常用的微生物主要是________屬或________屬的酵母。9.合成氣（syngas）主要由________和________組成。10.生物質(zhì)能的利用方式多種多樣，除了發(fā)電、供熱，還可以生產(chǎn)________和________。三、簡答題（每小題5分，共20分。請簡要回答下列問題。）1.簡述生物質(zhì)直接燃燒的主要過程及其存在的局限性。2.比較生物質(zhì)熱解和氣化兩種技術(shù)的產(chǎn)物及其主要用途。3.簡述木質(zhì)素在生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化利用中的一個(gè)主要挑戰(zhàn)。4.解釋什么是生物質(zhì)的“碳中性”或“低碳”特征。四、論述題（每小題10分，共30分。請結(jié)合所學(xué)知識(shí)，深入分析和闡述下列問題。）1.論述影響生物質(zhì)熱解油（生物油）質(zhì)量的關(guān)鍵因素及其改進(jìn)途徑。2.分析生物質(zhì)氣化技術(shù)用于合成化學(xué)品（如費(fèi)托合成、甲醇制烯烴/芳烴）的化學(xué)原理和潛在優(yōu)勢。3.結(jié)合能源化學(xué)的專業(yè)知識(shí)，探討提高生物質(zhì)能利用經(jīng)濟(jì)性的主要策略和面臨的挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.ABD2.B3.BCD4.ABCD5.B6.D7.ABCDE8.ABCD9.ABCDE10.ABCDE二、填空題1.纖維素半纖維素木質(zhì)素2.中溫?zé)峤?.合成氣4.動(dòng)植物油脂5.循環(huán)6.結(jié)構(gòu)粘合7.預(yù)處理脫除雜質(zhì)8.拉格魯斯釀酒9.一氧化碳?xì)錃?0.生物燃料生物基化學(xué)品三、簡答題1.簡述生物質(zhì)直接燃燒的主要過程及其存在的局限性。過程：生物質(zhì)在爐膛內(nèi)與空氣（或氧氣）混合，發(fā)生氧化反應(yīng)，釋放熱量，產(chǎn)生煙氣、灰渣等。局限性：能量轉(zhuǎn)化效率相對(duì)較低（通常低于30%）；燃燒產(chǎn)生的煙氣含有SOx、NOx、粉塵、CO、未燃盡碳?xì)浠衔锏任廴疚铮瑢?duì)環(huán)境造成影響；難以有效處理和利用固體殘?jiān)ɑ以?；?duì)原料的適用性差，含水率高等雜質(zhì)不利于穩(wěn)定燃燒。2.比較生物質(zhì)熱解和氣化兩種技術(shù)的產(chǎn)物及其主要用途。相似點(diǎn)：都是生物質(zhì)在缺氧或無氧條件下熱分解的化學(xué)過程。不同點(diǎn)：*產(chǎn)物：熱解主要產(chǎn)物是生物油（液體）、生物炭（固體）和少量燃?xì)?。氣化主要產(chǎn)物是富含CO和H2的合成氣（氣體），以及少量焦油和炭渣（固體）。*用途：生物油可用于直接燃燒發(fā)電/供熱，或經(jīng)過提質(zhì)后用作溶劑、燃料或進(jìn)一步合成化學(xué)品。生物炭可用作吸附劑、土壤改良劑或燃料。合成氣是重要的化工原料，可用于合成氨、甲醇、費(fèi)托合成（生產(chǎn)油品）、甲醇制烯烴/芳烴等，也可用于發(fā)電。3.簡述木質(zhì)素在生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化利用中的一個(gè)主要挑戰(zhàn)。木質(zhì)素作為生物質(zhì)中含量第二豐富的組分，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜且相對(duì)穩(wěn)定。在熱解、氣化等熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中，木質(zhì)素雖然會(huì)分解產(chǎn)生燃?xì)夂徒褂?，但其分解產(chǎn)物（如苯酚類化合物）可能抑制后續(xù)催化劑活性（催化劑中毒），且難以從液體（生物油）或氣體（合成氣）產(chǎn)物中有效分離和回收，降低了目標(biāo)產(chǎn)物（如糖類、醇類）的選擇性和產(chǎn)率，增加了下游處理的難度和成本。4.解釋什么是生物質(zhì)的“碳中性”或“低碳”特征。生物質(zhì)的“碳中性”或“低碳”特征源于其生長過程。生物質(zhì)在生長過程中通過光合作用吸收大氣中的二氧化碳（CO2），將其固定在生物體內(nèi)。當(dāng)生物質(zhì)被利用（如燃燒、氣化、發(fā)酵）時(shí)，釋放出的CO2與生長過程中吸收的CO2基本相當(dāng)，因此整個(gè)生命周期內(nèi)的凈碳排放量很小或?yàn)榱悖瑢?shí)現(xiàn)了碳的循環(huán)利用。這與其他化石燃料（燃燒時(shí)釋放長期地質(zhì)時(shí)期儲(chǔ)存的碳，導(dǎo)致凈碳排放顯著增加）形成對(duì)比，使得生物質(zhì)能利用被認(rèn)為是相對(duì)清潔和低碳的能源形式。四、論述題1.論述影響生物質(zhì)熱解油（生物油）質(zhì)量的關(guān)鍵因素及其改進(jìn)途徑。影響生物油質(zhì)量的關(guān)鍵因素：*原料特性：不同種類的生物質(zhì)（如木材、秸稈）其纖維素、半纖維素、木質(zhì)素含量和比例不同，直接影響生物油的產(chǎn)率和組成。原料的含水率、灰分含量、熱值等也會(huì)影響生物油質(zhì)量。*熱解條件：加熱速率、反應(yīng)溫度、停留時(shí)間、氣氛（缺氧程度）等是影響生物油產(chǎn)率和組成的核心因素?？焖贌峤馔ǔ．a(chǎn)油率較高但油品較差，慢速熱解產(chǎn)油率較低但油品較好。*催化劑：使用合適的催化劑可以促進(jìn)目標(biāo)產(chǎn)物的生成，脫除有害成分（如氧含量），降低焦油含量，改善生物油的穩(wěn)定性、熱值和化學(xué)組成。改進(jìn)途徑：*原料預(yù)處理：通過干燥、破碎、壓縮成型等手段降低含水率、增大反應(yīng)表面積，提高熱解效率和油品。*優(yōu)化熱解工藝：精確控制加熱速率和反應(yīng)溫度區(qū)間，選擇合適的熱解設(shè)備和操作氣氛，以平衡產(chǎn)油率和油品。*催化熱解：開發(fā)和應(yīng)用高效、穩(wěn)定的催化劑，在較低溫度下促進(jìn)熱解反應(yīng)，選擇性生成目標(biāo)產(chǎn)物，脫除氧、硫等雜質(zhì)，降低焦油生成。*后續(xù)提質(zhì)：對(duì)粗生物油進(jìn)行水洗、萃取、催化精制、分子蒸餾等處理，脫除水、酸、酚類、高沸點(diǎn)雜質(zhì)，提高生物油的熱穩(wěn)定性、降低腐蝕性、改善燃燒性能。2.分析生物質(zhì)氣化技術(shù)用于合成化學(xué)品（如費(fèi)托合成、甲醇制烯烴/芳烴）的化學(xué)原理和潛在優(yōu)勢?；瘜W(xué)原理：生物質(zhì)氣化是將固體生物質(zhì)在缺氧或微氧條件下熱解轉(zhuǎn)化為一氧化碳（CO）和氫氣（H2）的混合氣體，即合成氣（CO+H2）。該過程本質(zhì)是生物質(zhì)中的碳和氫轉(zhuǎn)化為氣態(tài)小分子。產(chǎn)生的合成氣作為一種通用化學(xué)原料，可以通過多種催化反應(yīng)路線轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的化學(xué)品和燃料。*費(fèi)托合成（Fischer-TropschSynthesis）：在高壓和催化劑（如鐵基、鈷基）作用下，合成氣中的CO和H2發(fā)生加氫聚合反應(yīng)，生成長鏈烷烴、烯烴、醇類、酯類等多種碳?xì)浠衔铮ê铣捎停?。化學(xué)通式：CO+2H2→CH2OH(甲醇)，或更復(fù)雜的鏈增長反應(yīng)。*甲醇制烯烴/芳烴（MTO/MTP）：首先將合成氣催化合成甲醇（CO+2H2→CH3OH），然后通過催化劑（如SAPO-34、ZSM-5）將甲醇轉(zhuǎn)化為乙烯、丙烯等烯烴（MTO），或進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為苯、二甲苯等芳烴（MTP）。潛在優(yōu)勢：*資源利用廣：幾乎任何類型的生物質(zhì)（農(nóng)林廢棄物、市政污泥、廢塑料等）都可以作為原料，變廢為寶。*產(chǎn)品多樣性：通過選擇不同的催化劑和反應(yīng)條件，可以從合成氣合成多種目標(biāo)產(chǎn)物，滿足不同化工需求。*系統(tǒng)集成潛力：氣化過程產(chǎn)生的合成氣不僅可以合成化學(xué)品，還可以與燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)組耦合發(fā)電，實(shí)現(xiàn)能源的綜合利用。*逐步實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)：將生物質(zhì)中的碳轉(zhuǎn)化為高價(jià)值產(chǎn)品，若結(jié)合碳捕獲與封存（CCS）技術(shù)，有望實(shí)現(xiàn)負(fù)碳排放。3.結(jié)合能源化學(xué)的專業(yè)知識(shí)，探討提高生物質(zhì)能利用經(jīng)濟(jì)性的主要策略和面臨的挑戰(zhàn)。提高生物質(zhì)能利用經(jīng)濟(jì)性的主要策略：*降低原料成本：優(yōu)化原料收集、運(yùn)輸和預(yù)處理技術(shù)，提高收率和效率，降低物流成本；發(fā)展區(qū)域性生物質(zhì)集散中心和規(guī)模化種植/收集體系。*提高能源轉(zhuǎn)換效率：改進(jìn)和優(yōu)化各轉(zhuǎn)化技術(shù)（熱解、氣化、液化、發(fā)酵）的工藝和設(shè)備，提高熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)效率，減少能量損失；發(fā)展高效燃燒和發(fā)電技術(shù)（如燃?xì)廨啓C(jī)、聯(lián)合循環(huán)）。*降低設(shè)備投資成本：通過技術(shù)創(chuàng)新、規(guī)?；a(chǎn)、延長設(shè)備壽命、采用更經(jīng)濟(jì)的材料等方式降低裝置的建設(shè)成本。*提高產(chǎn)品附加值：發(fā)展高附加值的生物基化學(xué)品、材料、醫(yī)藥等深加工利用途徑，拓展市場空間。*政策支持和市場機(jī)制：爭取政府的財(cái)政補(bǔ)貼、稅收優(yōu)惠、碳交易市場支持等政策；建立穩(wěn)定的市場需求和價(jià)格機(jī)制。面臨的挑戰(zhàn)：*原料供應(yīng)的不穩(wěn)定性和季節(jié)性：生物質(zhì)資源受自然條件影響大，供應(yīng)量波動(dòng)可能影響生產(chǎn)穩(wěn)定性。*