2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫——生物多糖在能源產(chǎn)業(yè)的應(yīng)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(nèi)）1.下列哪種生物多糖主要由葡萄糖通過α-1,4糖苷鍵連接而成，是植物淀粉的主要成分？A.纖維素B.半纖維素C.淀粉D.果膠2.生物乙醇發(fā)酵過程中，淀粉首先需要經(jīng)過什么酶的作用分解為可發(fā)酵糖？A.脂肪酶B.蛋白酶C.淀粉酶D.纖維素酶3.將纖維素轉(zhuǎn)化為葡萄糖的過程中，通常需要用到哪類酶的協(xié)同作用？A.單一淀粉酶B.單一脂肪酶C.纖維素酶和半纖維素酶D.果膠酶4.在生物質(zhì)直接轉(zhuǎn)化能源的過程中，熱化學(xué)轉(zhuǎn)化（如氣化、液化）相比于生物化學(xué)轉(zhuǎn)化（如發(fā)酵）的主要優(yōu)勢之一是？A.能量轉(zhuǎn)化效率通常更高B.對原料的純度要求更低C.過程更簡單，不易產(chǎn)生副產(chǎn)物D.更符合綠色化學(xué)原則5.用于超級電容器儲能的生物質(zhì)基多孔碳材料，其高比表面積主要來源于原生物質(zhì)材料的？A.纖維素的結(jié)晶區(qū)B.半纖維素的氫鍵網(wǎng)絡(luò)C.糖原的長鏈結(jié)構(gòu)D.纖維素/半纖維素/木質(zhì)素的復(fù)雜交聯(lián)無定形結(jié)構(gòu)6.殼聚糖作為一種生物多糖，其獨特的性質(zhì)使其在能源領(lǐng)域的一個潛在應(yīng)用是？A.生物乙醇發(fā)酵的催化劑B.高能量密度鋰離子電池的負極材料C.用于碳捕獲與封存的吸附劑D.生物質(zhì)熱解的催化劑7.在生物基氫生產(chǎn)的研究中，利用多糖類物質(zhì)通過水解得到糖，再通過發(fā)酵或化學(xué)途徑轉(zhuǎn)化為氫氣，這種路線的核心優(yōu)勢在于？A.氫氣產(chǎn)率非常高B.可以利用成熟的糖類利用技術(shù)C.對設(shè)備要求極低，成本最低D.不受碳足跡的限制8.下列關(guān)于多糖基材料在能源應(yīng)用中面臨的環(huán)境挑戰(zhàn)的描述，錯誤的是？A.部分降解過程可能產(chǎn)生微塑料污染B.大規(guī)模生產(chǎn)可能消耗大量水和化肥C.處理含有多糖能源轉(zhuǎn)化副產(chǎn)物的廢水可能困難D.多糖材料本身具有良好的生物降解性，通常不是環(huán)境問題9.提高從纖維素原料中獲取乙醇的經(jīng)濟性的關(guān)鍵因素之一是？A.開發(fā)更高產(chǎn)量的酵母菌株B.降低酶水解成本C.提高發(fā)酵過程的選擇性，減少副產(chǎn)物D.以上都是10.生物多糖在碳捕獲與封存（CCS）領(lǐng)域的主要應(yīng)用潛力在于其作為吸附劑的哪些特性？A.高比表面積、孔隙率、化學(xué)修飾潛力B.高密度、不溶性、熱穩(wěn)定性C.親水性、導(dǎo)電性、熒光性D.金屬催化活性、高反應(yīng)速率、成本低廉二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.淀粉和纖維素雖然都是由葡萄糖單元構(gòu)成，但它們的能源應(yīng)用路徑不同，主要區(qū)別在于它們中葡萄糖單元之間連接的糖苷鍵類型分別是__________和__________。2.利用農(nóng)作物秸稈等生物質(zhì)廢棄物生產(chǎn)生物能源，是實現(xiàn)______________的重要途徑之一，有助于減少對化石燃料的依賴和降低溫室氣體排放。3.從纖維素制備乙醇，通常涉及“__________-酶解-發(fā)酵”的工藝路線。4.多糖基超級電容器通常具有較長的循環(huán)壽命和較高的功率密度，但其能量密度相對較低，這是其主要性能瓶頸之一，與其儲能機制主要依賴__________有關(guān)。5.殼聚糖是甲殼素脫乙酰化后的產(chǎn)物，其分子中的__________基團是其主要活性基團，可以參與多種化學(xué)反應(yīng)，用于功能化改性以提升其在能源領(lǐng)域的應(yīng)用性能。6.為了提高生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化的效率和經(jīng)濟性，開發(fā)高效、低成本、高選擇性的__________酶制劑是當前研究的重要方向。7.生物質(zhì)氣化過程中，原料在缺氧或微氧條件下高溫熱解，可以產(chǎn)生包含合成氣（CO和H?）、焦油和炭黑等成分的粗合成氣，該過程通常在__________（設(shè)備名稱）中進行。8.某些多糖衍生物，如經(jīng)過碳化處理的生物質(zhì)炭，因其獨特的孔隙結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)，被認為具有應(yīng)用于__________（儲能設(shè)備類型）的潛力。9.生物基能源材料的可持續(xù)發(fā)展，不僅要求原料來源的可持續(xù)性，也要求轉(zhuǎn)化過程的高效和環(huán)境友好，即符合______________原則。10.將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為可再生的生物燃料（如生物乙醇、生物柴油）或電力，是實現(xiàn)______________的關(guān)鍵技術(shù)之一。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述影響生物質(zhì)中纖維素水解率的因素有哪些。2.生物乙醇發(fā)酵過程中，主要有哪些因素會影響乙醇的產(chǎn)率和選擇性？3.與傳統(tǒng)化石燃料相比，生物多糖基能源（如生物乙醇）在環(huán)境友好性方面有哪些優(yōu)勢？四、論述題（每題10分，共20分）1.論述利用生物質(zhì)資源制備生物基多孔碳材料，在應(yīng)用于能源存儲（如超級電容器或電池）方面的潛力和面臨的挑戰(zhàn)。2.分析當前生物多糖在能源領(lǐng)域應(yīng)用研究的主要熱點方向，并就其中某一方向（如生物乙醇、生物質(zhì)能直接轉(zhuǎn)化、多糖基儲能材料等）談?wù)勀銓ζ湮磥戆l(fā)展的看法和可能存在的瓶頸。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.B5.D6.C7.B8.A9.D10.A二、填空題1.α-1,4β-1,42.可再生能源3.碳化4.雙電層5.氨基6.纖維素7.缺氧/微氧反應(yīng)器（或氣化爐）8.超級電容器9.綠色化學(xué)10.能源轉(zhuǎn)型三、簡答題1.解析思路：回答應(yīng)圍繞影響纖維素化學(xué)降解（水解）和生物降解（酶解）效率的關(guān)鍵因素展開?；瘜W(xué)水解主要受溫度、壓力、反應(yīng)時間、催化劑種類（酸、堿、酶）及濃度、底物濃度、溶劑體系等因素影響。酶解則除上述部分因素外，更關(guān)鍵的是酶的活力、反應(yīng)條件（pH、溫度）以及底物的結(jié)晶度、分子量大小和結(jié)晶形態(tài)等結(jié)構(gòu)因素。需簡述各因素如何影響水解速率。2.解析思路：分析影響發(fā)酵產(chǎn)乙醇產(chǎn)率和選擇性的因素，應(yīng)從微生物（酵母菌株的遺傳特性、生長狀況）、底物（糖的種類和濃度、雜質(zhì)含量）、發(fā)酵條件（溫度、pH、通氣量、攪拌速度）以及代謝調(diào)控（底物抑制、產(chǎn)物抑制、酶活性變化）等方面進行闡述。每個方面都可簡要說明其對產(chǎn)率和選擇性的具體影響。3.解析思路：比較生物多糖能源與傳統(tǒng)化石能源的環(huán)境優(yōu)勢，應(yīng)從可再生性（減少資源枯竭）、碳中性或低碳排放（生物質(zhì)吸收CO?）、減少環(huán)境污染（燃燒產(chǎn)物相對清潔、轉(zhuǎn)化過程可設(shè)計更綠色）、資源多樣性（利用農(nóng)林廢棄物）等角度論述。同時，也可簡要提及當前面臨的技術(shù)和經(jīng)濟挑戰(zhàn)，使回答更全面。四、論述題1.解析思路：*潛力：首先說明生物質(zhì)（如農(nóng)林廢棄物）是可再生資源，來源廣泛；其次，通過適當預(yù)處理和轉(zhuǎn)化技術(shù)（如熱解、氣化、化學(xué)或生物合成）可以制備出具有高比表面積、多孔結(jié)構(gòu)的碳材料；再次，這些材料可利用其豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)基團，作為電極材料應(yīng)用于超級電容器（快速充放電、高功率密度）或電池（通過改性提高能量密度）；最后，利用生物質(zhì)制備碳材料符合綠色可持續(xù)發(fā)展的理念。*挑戰(zhàn)：首先，生物質(zhì)原料的組成復(fù)雜、性質(zhì)不均一，導(dǎo)致預(yù)處理過程復(fù)雜且成本高；其次，從生物質(zhì)中高效、低成本地獲得高純度、結(jié)構(gòu)可控的多糖前驅(qū)體或衍生物仍有困難；再次，碳化/活化過程需要精確控制條件以獲得理想的孔隙結(jié)構(gòu)，工藝優(yōu)化難度大；此外，多糖基碳材料的電子結(jié)構(gòu)和離子傳輸性能與其能源應(yīng)用性能密切相關(guān)，如何通過改性進行優(yōu)化是關(guān)鍵科學(xué)問題；最后，大規(guī)模制備的成本效益分析和環(huán)境友好性評估也是商業(yè)化應(yīng)用需解決的問題。2.解析思路：*熱點方向分析：結(jié)合當前研究趨勢，指出生物乙醇（利用效率、成本降低、與現(xiàn)有燃料系統(tǒng)兼容性）、生物質(zhì)能直接高效轉(zhuǎn)化（如通過先進氣化/液化技術(shù)直接合成燃料或化學(xué)品）、多糖基儲能材料（如高能量密度電池正負極、高效超級電容器電極材料）、多糖基碳捕獲材料（吸附劑）等是主要熱點。*選定方向論述（示例：生物乙醇）：選擇其中一個熱點方向進行深入論述。例如，選擇生物乙醇。*現(xiàn)狀與潛力：生物乙醇作為第一代生物燃料，技術(shù)相對成熟，是可再生能源的重要組成部分，有助于減少石油依賴和CO?排放。利用非糧原料（如玉米芯、秸稈）生產(chǎn)生物乙醇是重要發(fā)展方向，可減輕對糧食供應(yīng)的壓力。*看法與未來發(fā)展：認為生物乙醇未來仍有發(fā)展空間，特別是在技術(shù)持續(xù)進步和政策支持下。發(fā)展方向可能包括：開發(fā)更高效、低成本的酶（如纖維素酶）和微生物菌株；優(yōu)化發(fā)酵工藝（如協(xié)同發(fā)酵、重組代謝工程菌）；發(fā)展可持續(xù)的預(yù)處理技術(shù)以降低成本和環(huán)境影響；探索與化石燃料混合使