2025年大學(xué)《資源化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——生物質(zhì)廢棄物資源再利用技術(shù)研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。下列選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)符合題意，請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)）1.下列哪種物質(zhì)通常不被認(rèn)為是生物質(zhì)廢棄物的主要組成部分？A.纖維素B.半纖維素C.木質(zhì)素D.油脂2.在生物質(zhì)水解過程中，通常使用哪種類型的催化劑來提高半纖維素的轉(zhuǎn)化率？A.強(qiáng)酸性硫酸B.強(qiáng)堿性氫氧化鈉C.酶催化劑D.高溫高壓無催化劑3.生物質(zhì)熱解過程中，主要發(fā)生的化學(xué)變化是？A.纖維素發(fā)生氧化反應(yīng)B.木質(zhì)素發(fā)生水解反應(yīng)C.大分子有機(jī)物在缺氧條件下分解為小分子氣體、液體和固體炭D.灰分與還原性氣體發(fā)生反應(yīng)4.下列哪種技術(shù)主要利用微生物的代謝活動(dòng)來轉(zhuǎn)化生物質(zhì)廢棄物？A.生物質(zhì)氣化B.生物質(zhì)液化C.生物質(zhì)發(fā)酵D.生物質(zhì)干餾5.木質(zhì)素作為生物質(zhì)中的三大組分之一，其主要化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其難以直接利用，下列哪項(xiàng)措施有助于改善其利用性能？A.保持其天然酚醛結(jié)構(gòu)B.引入含氧官能團(tuán)（如羥基、羧基）C.增加其碳碳雙鍵含量D.減少其分子量6.從資源化學(xué)角度看，生物質(zhì)廢棄物資源再利用最重要的意義在于？A.生產(chǎn)廉價(jià)的燃料B.替代傳統(tǒng)石化原料，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)循環(huán)C.減少土地占用D.提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量7.在生物質(zhì)資源化過程中，常遇到的化學(xué)挑戰(zhàn)之一是去除無機(jī)雜質(zhì)（灰分），這通常利用了哪種原理？A.生物質(zhì)與灰分的熱穩(wěn)定性差異B.生物質(zhì)與灰分在溶劑中的溶解度差異C.生物質(zhì)與灰分在酸堿性條件下的反應(yīng)性差異D.生物質(zhì)與灰分的密度差異8.生物質(zhì)催化氣化技術(shù)相比直接熱解，其主要優(yōu)勢(shì)在于？A.能量效率更高B.產(chǎn)物氣體熱值更高C.可以選擇性地控制產(chǎn)物分布，提高目標(biāo)化學(xué)品的選擇性D.設(shè)備投資成本更低9.將生物質(zhì)廢棄物轉(zhuǎn)化為平臺(tái)化合物（如糠醛、5-羥甲基糠醛），再進(jìn)一步合成高附加值化學(xué)品，這種策略體現(xiàn)了資源化學(xué)中的？A.直接利用原則B.分子設(shè)計(jì)原則C.單一產(chǎn)物原則D.基礎(chǔ)轉(zhuǎn)化與高值化結(jié)合原則10.生物質(zhì)資源化技術(shù)評(píng)價(jià)中，除了技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，還需要考慮的重要方面包括？A.能量平衡與碳足跡B.廢水排放與處理C.土地資源占用D.以上所有二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填寫在橫線上）1.生物質(zhì)廢棄物的化學(xué)組成通常包括碳水化合物（主要是______和______）、______、油脂、蛋白質(zhì)和灰分等。2.木質(zhì)素是一種復(fù)雜的______結(jié)構(gòu)的高分子聚合物，其主要功能基團(tuán)包括酚羥基和______。3.生物質(zhì)通過生物轉(zhuǎn)化（發(fā)酵）途徑，可以將糖類等有機(jī)物轉(zhuǎn)化為______、乳酸、乙醇等有用化學(xué)品。4.生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化主要包括______、______和______三種主要方式。5.資源化學(xué)強(qiáng)調(diào)物質(zhì)循環(huán)利用，生物質(zhì)資源再利用是實(shí)現(xiàn)______發(fā)展的重要途徑，有助于減少對(duì)______資源的依賴。三、名詞解釋（每小題3分，共15分。請(qǐng)給出簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確的定義）1.生物質(zhì)資源化2.平臺(tái)化合物3.生物質(zhì)氣化4.綠色化學(xué)5.循環(huán)經(jīng)濟(jì)四、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共20分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問題）1.簡(jiǎn)述纖維素和半纖維素在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上的主要區(qū)別。2.比較生物質(zhì)直接燃燒與熱解的主要區(qū)別和優(yōu)缺點(diǎn)。3.簡(jiǎn)述酶催化在生物質(zhì)資源化技術(shù)中的優(yōu)勢(shì)。4.為什么說木質(zhì)素是生物質(zhì)化學(xué)中的一個(gè)重要研究熱點(diǎn)？五、論述題（每小題10分，共30分。請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，深入分析和闡述下列問題）1.論述生物質(zhì)廢棄物資源化利用過程中面臨的主要化學(xué)挑戰(zhàn)，并提出相應(yīng)的解決方案或應(yīng)對(duì)策略。2.以纖維素或木質(zhì)素為例，詳細(xì)闡述其高值化利用的主要化學(xué)途徑和技術(shù)現(xiàn)狀。3.結(jié)合資源化學(xué)的理念，論述發(fā)展生物質(zhì)廢棄物資源再利用技術(shù)對(duì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要意義。---試卷答案一、選擇題1.D2.C3.C4.C5.B6.B7.A8.C9.D10.D二、填空題1.纖維素，半纖維素，木質(zhì)素2.酚醛，甲氧基3.有機(jī)酸4.干餾，氣化，液化5.可持續(xù)，化石三、名詞解釋1.生物質(zhì)資源化：指通過物理、化學(xué)或生物等方法，將生物質(zhì)廢棄物轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的產(chǎn)品（如能源、化學(xué)品、材料等）的過程，實(shí)現(xiàn)資源的有效利用和環(huán)境保護(hù)。2.平臺(tái)化合物：指從生物質(zhì)廢棄物（特別是碳水化合物或木質(zhì)素）出發(fā)，經(jīng)過初步轉(zhuǎn)化得到的、具有多個(gè)后續(xù)化學(xué)轉(zhuǎn)化途徑、可合成多種不同目標(biāo)產(chǎn)物的核心化合物，如糠醛、5-羥甲基糠醛、甘油等。3.生物質(zhì)氣化：指在高溫（通常>700°C）和水蒸氣或空氣存在下，將生物質(zhì)快速熱解，主要生成可燃?xì)怏w（含CO,H2,CH4等）、少量液體焦油和固體炭（生物炭）的化學(xué)過程。4.綠色化學(xué)：指從源頭上減少或消除有害物質(zhì)的設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用化學(xué)過程的科學(xué)和工程領(lǐng)域，強(qiáng)調(diào)環(huán)境友好、資源高效利用和安全健康。5.循環(huán)經(jīng)濟(jì)：一種以資源高效利用和循環(huán)利用為核心的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，旨在將傳統(tǒng)的“資源-產(chǎn)品-廢棄物”線性模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤百Y源-產(chǎn)品-再生資源”的閉環(huán)模式，最大限度減少資源消耗和廢物產(chǎn)生。四、簡(jiǎn)答題1.解析思路：區(qū)分兩者的基本骨架和連接方式。纖維素是葡萄糖通過β-1,4-糖苷鍵連接形成的長(zhǎng)鏈多糖，屬于直鏈結(jié)構(gòu)，分子間存在氫鍵，形成結(jié)晶區(qū)。半纖維素是結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜、分子量較小、由多種糖（如葡萄糖、木糖、阿拉伯糖等）通過β-1,4-糖苷鍵和β-1,3-糖苷鍵等連接而成的雜多糖，結(jié)構(gòu)無規(guī)，多為無定結(jié)構(gòu)，易溶于酸性水溶液。從組成上看，纖維素含量最高，半纖維素含量次之，且半纖維素常與纖維素、木質(zhì)素等共價(jià)交聯(lián)。*答案要點(diǎn)：基本骨架不同（纖維素為葡萄糖，半纖維素為多種糖）；連接方式不同（纖維素為β-1,4-糖苷鍵，半纖維素鍵合復(fù)雜多樣）；分子量和結(jié)構(gòu)不同（纖維素大、結(jié)晶，半纖維素小、無定）；溶解性不同（半纖維素易溶于酸水，纖維素難）。2.解析思路：首先明確兩者的定義和核心過程。生物質(zhì)直接燃燒是生物質(zhì)在氧氣（空氣）中快速氧化分解，主要目的是釋放熱能，產(chǎn)物主要是CO2、H2O和灰分。生物質(zhì)熱解是在缺氧或低氧條件下，通過加熱使生物質(zhì)熱分解，主要目的是生成可燃?xì)怏w、液體（生物油）和固體炭（生物炭）。比較兩者的區(qū)別在于反應(yīng)條件（氧氣含量）、主要產(chǎn)物和目的。優(yōu)點(diǎn)方面，直接燃燒設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低、熱效率高；熱解產(chǎn)物多樣，可進(jìn)一步利用，產(chǎn)物氣可作燃?xì)猓镉涂勺魃锶剂?，生物炭可作土壤改良劑或碳材料，更符合資源化理念。缺點(diǎn)方面，直接燃燒污染物（如煙塵、NOx）排放較難控制，能量品位低；熱解過程復(fù)雜，能量效率相對(duì)較低，產(chǎn)物分離和精制工藝要求高。*答案要點(diǎn)：區(qū)別：反應(yīng)條件（氧氣含量）、主要產(chǎn)物（燃燒產(chǎn)CO2/H2O/灰分，熱解產(chǎn)燃?xì)?生物油/生物炭）。優(yōu)點(diǎn)：燃燒簡(jiǎn)單高效；熱解產(chǎn)物多樣、資源化潛力大。缺點(diǎn)：燃燒污染控制難、能量品位低；熱解過程復(fù)雜、效率不高、分離精制要求高。3.解析思路：酶催化在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：①高選擇性：酶是高度特異性的催化劑，能在溫和條件下（常溫常壓、水相、中性或近中性pH）高效催化特定底物的特定反應(yīng)，減少副反應(yīng)，提高目標(biāo)產(chǎn)物選擇性。②環(huán)境友好：酶催化條件溫和，通常在生物相容性溶劑（水）中進(jìn)行，能耗低，環(huán)境友好，符合綠色化學(xué)理念。③高效率：酶催化反應(yīng)速率快，轉(zhuǎn)化率通常很高。④條件溫和：相比高溫高壓的化學(xué)催化或熱解，酶催化更節(jié)能、更安全。⑤易于調(diào)控：酶的活性可以通過溫度、pH、抑制劑等進(jìn)行調(diào)節(jié)。局限性主要是穩(wěn)定性、成本和易失活等問題，但作為生物催化劑仍在不斷發(fā)展。*答案要點(diǎn)：高選擇性（專一性強(qiáng)，副反應(yīng)少），環(huán)境友好（條件溫和，水相，節(jié)能環(huán)保），高效率（速率快，轉(zhuǎn)化率高），反應(yīng)條件溫和（常溫常壓，中性pH），易于調(diào)控。4.解析思路：木質(zhì)素作為生物質(zhì)中含量第二豐富的組分（僅次于纖維素），其重要性的原因在于：①結(jié)構(gòu)獨(dú)特且復(fù)雜：其三維酚醛類結(jié)構(gòu)含有大量可反應(yīng)的官能團(tuán)（酚羥基、甲氧基、羰基等），為化學(xué)轉(zhuǎn)化提供了多樣性。②來源廣泛：木質(zhì)素是植物界廣泛存在的主要結(jié)構(gòu)成分，來源豐富，是潛在的巨大可再生資源。③高附加值潛力：通過化學(xué)或生物方法，可以將木質(zhì)素轉(zhuǎn)化為具有高附加值的產(chǎn)品，如聚合物（樹脂、塑料）、精細(xì)化學(xué)品（酚類、香料）、能源（生物油、生物炭）等，實(shí)現(xiàn)變廢為寶。④戰(zhàn)略意義：開發(fā)木質(zhì)素利用技術(shù)有助于降低對(duì)化石資源的依賴，保障能源安全，促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，符合國(guó)家戰(zhàn)略需求。盡管其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、化學(xué)穩(wěn)定性高、反應(yīng)活性位點(diǎn)多分散，轉(zhuǎn)化難度較大，但其巨大的潛力和戰(zhàn)略價(jià)值使其成為研究熱點(diǎn)。*答案要點(diǎn)：結(jié)構(gòu)獨(dú)特復(fù)雜，富含可反應(yīng)基團(tuán)；來源廣泛，是巨大可再生資源；具有高附加值轉(zhuǎn)化潛力（聚合物、化學(xué)品、能源等）；開發(fā)利用對(duì)保障能源安全、促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。五、論述題1.解析思路：分析生物質(zhì)資源化面臨的化學(xué)挑戰(zhàn)應(yīng)從原料特性、轉(zhuǎn)化過程和產(chǎn)物處理等方面入手。主要挑戰(zhàn)包括：①原料復(fù)雜性與雜質(zhì)：生物質(zhì)組成復(fù)雜，含水量高，富含纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、灰分、蛋白質(zhì)、脂肪等，且各組分間存在物理或化學(xué)結(jié)合，給分離、純化和選擇性轉(zhuǎn)化帶來困難。特別是無機(jī)灰分的去除是關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一。②轉(zhuǎn)化過程的選擇性控制：如何在高分子降解過程中，選擇性地?cái)嗔烟囟ɑ瘜W(xué)鍵（如纖維素C6-C6或C6-C2鍵），或選擇性地轉(zhuǎn)化木質(zhì)素中的特定結(jié)構(gòu)單元，而不破壞其他組分或產(chǎn)生過多副產(chǎn)物，是化學(xué)上的難題。③產(chǎn)物的分離與純化：許多生物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程（如發(fā)酵、液化和氣化）產(chǎn)生復(fù)雜的混合物，如何高效、低成本地分離和純化目標(biāo)產(chǎn)物，達(dá)到工業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，涉及復(fù)雜的化學(xué)工程分離技術(shù)。④催化劑的開發(fā)：需要開發(fā)高效、高選擇性、穩(wěn)定、易回收、成本低的催化劑，以降低轉(zhuǎn)化能壘，提高反應(yīng)效率和經(jīng)濟(jì)性。⑤化學(xué)穩(wěn)定性與反應(yīng)活性：木質(zhì)素等主要成分化學(xué)穩(wěn)定性高，難以活化，需要開發(fā)溫和有效的化學(xué)活化方法或高效的生物催化方法。解決方案或策略可從優(yōu)化預(yù)處理技術(shù)（如酸堿、酶法、氨纖維化等）以去除雜質(zhì)、解聚大分子；開發(fā)選擇性催化技術(shù)（如分子篩催化、生物催化）；設(shè)計(jì)高效分離純化工藝（如膜分離、萃取精制）；開發(fā)綠色、高效的轉(zhuǎn)化路徑等方面進(jìn)行闡述。*答案要點(diǎn)：原料復(fù)雜性、高水分、雜質(zhì)（特別是灰分）去除困難；轉(zhuǎn)化過程選擇性控制難（斷裂特定鍵）；產(chǎn)物分離純化復(fù)雜；高效、廉價(jià)、選擇性、穩(wěn)定的催化劑開發(fā)難；木質(zhì)素等組分化學(xué)穩(wěn)定性高、反應(yīng)活性低。解決方案：優(yōu)化預(yù)處理；開發(fā)選擇性催化（化學(xué)/生物）；設(shè)計(jì)高效分離工藝；開發(fā)綠色催化劑；探索溫和轉(zhuǎn)化路徑等。2.解析思路：闡述高值化利用途徑時(shí)，應(yīng)分別以纖維素和木質(zhì)素為例，介紹主要的化學(xué)轉(zhuǎn)化方向和典型技術(shù)。纖維素高值化主要通過水解（酸或酶解）得到葡萄糖，再用于：①發(fā)酵：生產(chǎn)乙醇、乳酸、琥珀酸、氨基酸等平臺(tái)化學(xué)品或生物基材料單體（如乳酸生成聚乳酸PLA）。②化學(xué)合成：通過脫水生成糠醛，再轉(zhuǎn)化為5-羥甲基糠醛（HMF），HMF是重要的平臺(tái)化合物，可進(jìn)一步合成呋喃類化合物（如糠醇、糠酸）、生物基塑料（如PCL）、藥物中間體等。纖維素還可以通過化學(xué)改性或直接轉(zhuǎn)化制備再生纖維素（粘膠）、醚化纖維素、酯化纖維素等功能材料。木質(zhì)素高值化利用途徑則更多樣，主要基于其酚類結(jié)構(gòu)：①液化：在酸或堿性條件下，在高溫高壓下將木質(zhì)素轉(zhuǎn)化為富含酚類結(jié)構(gòu)的生物油（類似于生物柴油組分），可用于燃料或化學(xué)品合成。②氧化降解：選擇性氧化木質(zhì)素，斷裂C-O鍵或C-C鍵，得到酚類、香草醛、對(duì)香豆酸等單體，用于香料、醫(yī)藥中間體等。③縮聚/聚合：利用木質(zhì)素中的酚羥基和甲氧基進(jìn)行縮聚反應(yīng)，制備酚醛樹脂（熱固性）、木質(zhì)素基樹脂（熱塑性）或木質(zhì)素膠粘劑。④選擇性催化轉(zhuǎn)化：利用負(fù)載型金屬催化劑（如Co、Ni、Fe等）在較溫和條件下，選擇性地?cái)嗔涯举|(zhì)素中的特定鍵（如C-O-C鍵），生成苯酚類、甲酚類等芳烴類化合物，作為化工原料。近年來，利用生物催化（酶）進(jìn)行木質(zhì)素選擇性降解和轉(zhuǎn)化也備受關(guān)注。答案應(yīng)涵蓋這些主要途徑和技術(shù)。*答案要點(diǎn)：纖維素：水解（酶/酸）得葡萄糖->發(fā)酵（乙醇/乳酸等）或化學(xué)合成（糠醛/HMF->化工產(chǎn)品/生物基材料）；化學(xué)改性->功能材料。木質(zhì)素：①液化->生物油；②選擇性氧化->酚類/香草醛等單體；③縮聚/聚合->酚醛樹脂/木質(zhì)素基樹脂/膠粘劑；④選擇性催化轉(zhuǎn)化->芳烴類化合物；⑤生物催化轉(zhuǎn)化。需結(jié)合具體化學(xué)過程和產(chǎn)物說明。3.解析思路：論述對(duì)可持續(xù)發(fā)展的重要意義，應(yīng)從資源化學(xué)的核心思想——資源循環(huán)、綠色發(fā)展和經(jīng)濟(jì)可行性的角度展開。首先，生物質(zhì)廢棄物是巨大的可再生資源，其資源化利用將減少對(duì)有限的化石資源的開采和消耗，有助于能源安全和資源可持續(xù)供應(yīng)，這是循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念的具體體現(xiàn)。其次，許多生物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程（特別是生物催化和綠色化學(xué)工藝）在溫和條件下進(jìn)行，能耗低，污染小，符合綠色化學(xué)原則，有助于減少環(huán)境污染（如溫室氣體排放、水體污染），保護(hù)生態(tài)環(huán)境。再次，生物質(zhì)資源化可以變廢為寶，將環(huán)境污染物（廢棄物）轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的產(chǎn)品（能源、化學(xué)品、材料），實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益的雙贏。此外，發(fā)展生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)可以帶動(dòng)相關(guān)技