2025年大學《化學》專業(yè)題庫——生物碳和生物降解塑料的合成與應用研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內）1.下列哪種材料不屬于典型的生物碳（Bio-carbon）？()A.從農業(yè)廢棄物（如稻殼）中熱解得到的活性炭B.通過水熱碳化方法制備的多孔碳C.石油裂解制得的普通炭黑D.利用光合作用產物沉積形成的生物成因碳2.生物降解塑料在堆肥條件下分解的主要驅動力是？()A.光照老化B.高溫高壓C.微生物的酶促作用D.化學氧化3.脂肪族聚酯類生物降解塑料的常見單體結構中，不包括？()A.乳酸(LacticAcid)B.乙醇酸(GlycolicAcid)C.順式-反式-順式-反式-丁二酸(TetrapropyleneGlycol)D.丙交酯(Lactide)4.制備生物碳時，熱解溫度升高通常會帶來什么主要影響？()A.生物碳產率顯著增加B.生物碳含氧量增加C.生物碳孔隙率增大（在某些范圍內）D.生物碳石墨化程度降低5.下列哪種技術通常不用于生物碳的結構表征？()A.比表面積及孔徑分析(BET)B.X射線衍射(XRD)C.傅里葉變換紅外光譜(FTIR)D.核磁共振波譜(NMR)6.聚乳酸（PLA）與聚己內酯（PCL）相比，通常具有？()A.更高的熱穩(wěn)定性B.更快的生物降解速率C.更低的玻璃化轉變溫度D.更好的力學強度7.為了提高生物降解塑料的性能（如力學強度或阻隔性），常采用的策略不包括？()A.與傳統(tǒng)塑料共混B.與生物碳進行復合C.引入納米填料D.采用化學交聯(lián)方法（通常不推薦）8.生物碳材料的高吸附性能主要歸因于其？()A.特殊的金屬催化活性B.高比表面積和豐富的孔隙結構C.強烈的化學氧化性D.高熔點特性9.“生物基生物降解塑料”的含義是？()A.其合成單體完全來源于化石燃料B.其合成單體來源于可再生生物質資源C.其在土壤中的降解時間非常短D.其可以完全溶于水10.在生物降解塑料的應用中，包裝領域是其最主要的戰(zhàn)場，主要原因在于？()A.包裝材料用量巨大，環(huán)境壓力集中B.包裝材料對生物降解性要求最低C.包裝材料易于回收利用D.包裝材料通常價格非常昂貴二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.生物碳的制備方法主要包括熱解法、__________法和水熱碳化法等。2.影響生物降解塑料降解速率的關鍵因素包括材料結構、__________、微生物種類和環(huán)境條件。3.活性炭作為一種重要的生物碳，其優(yōu)異的吸附性能主要來源于其巨大的__________和發(fā)達的孔隙結構。4.聚乳酸（PLA）是由__________和/或其共聚物通過開環(huán)聚合制備的一種常見的生物降解塑料。5.生物降解塑料在環(huán)境中的最終降解產物通常是__________和二氧化碳。6.碳納米管（CNTs）作為一種高性能生物碳材料，具有優(yōu)異的__________和力學性能。7.將生物碳添加到生物降解塑料中，不僅可以改善其力學性能，有時還能__________其降解性能。8.評價生物碳結構特征的重要參數(shù)包括比表面積、孔容和__________。9.生物基生物降解塑料的環(huán)境友好性體現(xiàn)在其來源于可再生資源，且其降解過程通常不產生有害的__________。10.除了塑料，天然高分子如__________經(jīng)過改性也可以獲得一定的生物降解能力。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述水熱碳化法制備生物碳的基本原理及其與常規(guī)熱解法的區(qū)別。2.簡述生物降解塑料在土壤環(huán)境中發(fā)生生物降解的典型過程。3.簡述生物碳材料在環(huán)境領域（如水處理或空氣凈化）的一種潛在應用及其作用機制。4.簡述影響生物降解塑料力學性能的主要因素有哪些。四、論述題（每題10分，共30分）1.論述生物碳材料的結構特征（如比表面積、孔結構、官能團等）與其主要應用性能（如吸附性能、催化活性等）之間的關系。2.以聚乳酸（PLA）為例，論述其在合成過程中可能遇到的技術挑戰(zhàn)以及提高其性能和應用范圍的主要途徑。3.結合當前環(huán)境問題，論述發(fā)展生物碳和生物降解塑料對于實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標的意義和面臨的挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.C5.D6.B7.D8.B9.B10.A二、填空題1.水熱2.溫度3.比表面積4.乳酸5.生物質炭6.導電性7.促進8.孔徑分布9.污染物10.淀粉三、簡答題1.解析思路：水熱碳化法是在高溫高壓的水溶液或懸浮液環(huán)境中對生物質原料進行熱解碳化的過程。常規(guī)熱解法通常在常壓或低壓、較低溫度的有機溶劑或無溶劑中進行。水熱碳化法能更好地抑制tar（焦油）的生成，促進碳骨架的收縮和重組，可能獲得比表面積更大、孔隙結構更優(yōu)異的生物碳。答案要點：高溫高壓水溶液或懸浮液環(huán)境；抑制焦油生成；促進碳骨架收縮重組。2.解析思路：生物降解塑料在土壤中，首先被土壤中的微生物（如細菌、真菌）接觸，微生物分泌的酶（如酯酶）能夠識別并攻擊塑料大分子鏈中的可降解鍵（如酯鍵）；隨后，酯鍵發(fā)生水解斷裂，大分子鏈逐漸縮短；最終，小分子碎片被微生物完全吸收利用，或在進一步降解過程中轉化為二氧化碳和水等無機小分子。答案要點：微生物作用；酶解；酯鍵水解；分子鏈斷裂；小分子吸收利用或轉化為無機物。3.解析思路：生物碳（特別是活性炭和功能性生物碳）因其巨大的比表面積和孔隙結構，對水中的污染物（如染料、酚類、重金屬離子等）或氣體分子具有強大的物理吸附或化學吸附能力。例如，利用生物碳吸附廢水中的有機污染物，通過范德華力或表面化學作用將污染物捕獲到其孔隙內，達到凈化水質的目的。答案要點：利用生物碳高比表面積和孔隙吸附污染物；物理吸附或化學吸附機制；實例（如吸附染料、重金屬）。4.解析思路：生物降解塑料的力學性能主要受其分子量大小、分子鏈柔順性、結晶度、降解速率以及填料種類和含量等因素影響。分子量越大通常強度越高；鏈越柔順延展性越好；適度結晶可以提高剛性；降解過快可能導致性能提前下降；與生物碳等填料復合可以顯著提高強度和模量，但可能降低韌性。答案要點：分子量、鏈柔順性、結晶度、降解速率；填料種類和含量；相互影響（如降解與性能的關系）。四、論述題1.解析思路：生物碳的比表面積越大，吸附位點越多，通常吸附能力越強（適用于物理吸附）。發(fā)達的微孔和介孔結構提供了豐富的吸附空間，有利于小分子物質擴散進入并停留。官能團（如含氧官能團）的存在可以增強與極性分子的相互作用（如氫鍵、偶極作用），提高對特定污染物的選擇性吸附或催化活性位點。孔徑分布影響物質傳質速率，微孔為主有利于小分子吸附，大孔有利于傳質?？偨Y時需結合具體應用場景（如吸附、催化）分析結構因素的關鍵作用。答案要點：比表面積與吸附能力正相關；孔隙結構（微孔、介孔）影響吸附容量和傳質；官能團影響選擇性吸附和催化活性；不同應用需關注不同結構特征。2.解析思路：PLA合成的主要挑戰(zhàn)在于高效、高選擇性地催化乳酸或丙交酯的開環(huán)聚合，控制分子量及其分布，避免副反應（如支化、環(huán)化）。提高性能途徑包括：①提高分子量和結晶度以增強力學強度和熱穩(wěn)定性；②進行共聚或共混改性，引入柔性鏈段或增強剛性，改善加工性能和降解行為；③進行納米復合，如與生物碳、納米纖維素等復合，顯著提升力學性能和阻隔性；④化學改性，如引入降解促進基團或改善相容性。答案要點：合成挑戰(zhàn)（催化劑、聚合控制、副反應）；提高性能途徑（分子量/結晶度、共聚/共混、納米復合、化學改性）。3.解析思路：生物碳和生物降解塑料的發(fā)展有助于減少對化石資源的依賴，降低碳排放。它們可以在使用后通過生物降解方式回歸自然，減少塑料垃圾污染（特別是海洋塑料污染），減輕環(huán)境負擔。這符合循環(huán)經(jīng)濟理念，是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關鍵材料技術之一，對實