2025年大學(xué)《資源化學(xué)》專業(yè)題庫——生物基高分子材料的制備及應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、填空題（每空2分，共20分）1.生物基高分子材料是指以______、______等可再生生物質(zhì)資源為原料，通過生物合成或化學(xué)轉(zhuǎn)化方法制得的聚合物。2.從資源化學(xué)角度看，開發(fā)生物基高分子材料的重要意義在于實現(xiàn)______資源的有效利用，減少對______資源的依賴，并促進(jìn)______。3.將淀粉、纖維素等天然高分子通過______或______方法降解為小分子單體，再進(jìn)行縮聚或加聚反應(yīng)是制備生物基高分子的一種重要化學(xué)轉(zhuǎn)化途徑。4.微生物發(fā)酵法是制備生物基高分子的一種重要生物合成方法，例如利用______菌發(fā)酵糖類可制備______。5.生物基高分子材料根據(jù)其來源和結(jié)構(gòu)可分為______、______和______三大類。二、名詞解釋（每題4分，共20分）1.生物基高分子材料2.可生物降解塑料3.綠色化學(xué)4.生物質(zhì)轉(zhuǎn)化5.資源循環(huán)利用三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述淀粉和纖維素作為生物基高分子原料的優(yōu)缺點。2.比較一下化學(xué)合成法和生物合成法制備生物基高分子材料的主要區(qū)別。3.生物基高分子材料在包裝領(lǐng)域有哪些主要應(yīng)用？請列舉至少三種。4.簡述酶催化在生物基高分子材料制備中的作用。5.從資源化學(xué)的角度，分析發(fā)展生物基高分子材料面臨的挑戰(zhàn)之一。四、論述題（每題15分，共30分）1.論述生物基高分子材料的制備與應(yīng)用對實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的意義。2.結(jié)合資源化學(xué)專業(yè)知識，論述如何提高生物基高分子材料的制備經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境友好性。試卷答案一、填空題（每空2分，共20分）1.可再生資源；不可再生資源；可持續(xù)發(fā)展2.生物質(zhì)；化石；可持續(xù)發(fā)展3.水解；熱解4.乳酸；聚乳酸（PLA）5.聚酯類；聚酰胺類；其他類（如聚氨酯、聚糖類等）二、名詞解釋（每題4分，共20分）1.生物基高分子材料：指以生物質(zhì)（如植物、動物組織、微生物發(fā)酵產(chǎn)物等）為原料，通過生物合成或化學(xué)轉(zhuǎn)化方法制得的、來源于可再生資源的高分子材料。**解析思路：*定義需包含核心要素：來源（可再生生物質(zhì)）、制備方式（生物合成或化學(xué)轉(zhuǎn)化）、物質(zhì)屬性（高分子）。2.可生物降解塑料：指在自然環(huán)境（如土壤、水體）中，通過微生物（細(xì)菌、真菌等）的作用，能夠被逐漸分解為二氧化碳、水等無機(jī)小分子物質(zhì)的塑料。**解析思路：*定義需突出兩個關(guān)鍵點：一是材料本身是塑料（高分子），二是能在自然環(huán)境中被微生物降解。3.綠色化學(xué)：指從源頭上阻止污染的產(chǎn)生，旨在設(shè)計和應(yīng)用對人類健康和環(huán)境更友好的化學(xué)產(chǎn)品和過程。其原則包括預(yù)防原則、原子經(jīng)濟(jì)性、使用更安全的化學(xué)合成路線、使用更安全的化學(xué)產(chǎn)品等。**解析思路：*定義需抓住核心思想“源頭預(yù)防污染”，并提及關(guān)鍵原則，如原子經(jīng)濟(jì)性、安全性等，與資源化學(xué)中的可持續(xù)理念緊密相關(guān)。4.生物質(zhì)轉(zhuǎn)化：指通過物理、化學(xué)或生物方法，將生物質(zhì)原料（如農(nóng)副產(chǎn)品、林業(yè)廢棄物、城市有機(jī)廢物等）轉(zhuǎn)化為有價值的產(chǎn)品（如能源、化學(xué)品、材料等）的過程。**解析思路：*定義需明確主體（生物質(zhì)）、客體（有價值產(chǎn)品）、手段（物理/化學(xué)/生物方法）。5.資源循環(huán)利用：指將廢棄物質(zhì)或產(chǎn)品作為新的資源進(jìn)行再利用的過程，旨在減少資源消耗、降低廢棄物排放，實現(xiàn)資源的可持續(xù)利用。**解析思路：*定義需包含核心要素：廢棄物/產(chǎn)品被再利用、作為新資源、目的（減耗、減排、可持續(xù)）。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述淀粉和纖維素作為生物基高分子原料的優(yōu)缺點。**優(yōu)點：*資源豐富、可再生、來源廣泛、價格相對低廉、環(huán)境友好、可通過多種方法（水解、酶解、化學(xué)降解）轉(zhuǎn)化為單體或直接利用。**缺點：*纖維素結(jié)晶度高、難以化學(xué)降解和改性；淀粉分子量較小、結(jié)構(gòu)規(guī)整性差、熱穩(wěn)定性不高；天然存在形式多樣，純化困難；部分生物基單體（如乳酸）的制備和聚合條件要求苛刻，成本較高。**解析思路：*分別從資源、可再生性、成本、加工性能、化學(xué)性質(zhì)、純化難度等多個維度分析其優(yōu)劣。需結(jié)合資源化學(xué)視角，強(qiáng)調(diào)其可再生性和環(huán)境友好性是主要優(yōu)勢。2.比較一下化學(xué)合成法和生物合成法制備生物基高分子材料的主要區(qū)別。**主要區(qū)別：*1.原料來源：化學(xué)合成法通常使用石油化工產(chǎn)品或經(jīng)過化學(xué)改性的生物質(zhì)衍生物；生物合成法直接利用天然的生物質(zhì)（糖類、脂類等）或利用微生物作為“反應(yīng)器”。2.反應(yīng)原理：化學(xué)合成法主要基于化學(xué)鍵的斷裂與形成，通過加熱、催化等手段進(jìn)行聚合反應(yīng)；生物合成法主要依賴酶或微生物體內(nèi)的生物催化反應(yīng)。3.條件要求：化學(xué)合成法通常需要高溫、高壓、強(qiáng)酸強(qiáng)堿等苛刻條件；生物合成法條件溫和（常溫常壓、中性或接近中性環(huán)境）。4.選擇性：生物合成法具有高度的區(qū)域選擇性和立體選擇性，產(chǎn)物結(jié)構(gòu)規(guī)整；化學(xué)合成法選擇性相對較低，可能產(chǎn)生副產(chǎn)物。5.環(huán)境影響：化學(xué)合成法可能產(chǎn)生較多廢棄物，環(huán)境壓力較大；生物合成法通常更綠色、環(huán)境友好。**解析思路：*從原料、原理、條件、選擇性、環(huán)境影響等關(guān)鍵維度進(jìn)行對比，突出兩種方法的本質(zhì)差異，體現(xiàn)生物合成法的“綠色”特點。3.生物基高分子材料在包裝領(lǐng)域有哪些主要應(yīng)用？請列舉至少三種。**主要應(yīng)用：*1.可生物降解塑料：如聚乳酸（PLA）、聚羥基脂肪酸酯（PHA）等，用于制作一次性餐具、購物袋、農(nóng)用地膜、包裝薄膜等，可在堆肥條件下降解，減少環(huán)境污染。2.生物基塑料復(fù)合膜：將生物基聚合物與石油基塑料或其他材料復(fù)合，利用生物基材料的可降解性或生物相容性，制備具有特定性能的包裝材料，如透氣性調(diào)節(jié)、抗穿刺等。3.紙基復(fù)合材料：在紙張中添加生物基聚合物（如淀粉、聚乳酸）或利用生物基材料改性纖維素，提高紙張的強(qiáng)度、阻隔性、印刷性能或賦予其生物降解性，用于制造紙盒、紙杯、紙袋等。**解析思路：*結(jié)合實際應(yīng)用場景，列舉三類典型的包裝產(chǎn)品，并簡述其利用了生物基材料的何種特性（如可降解、改性等）。4.簡述酶催化在生物基高分子材料制備中的作用。**酶催化作用：*1.生物質(zhì)降解：利用特定酶（如纖維素酶、淀粉酶）高效、選擇性地將復(fù)雜的天然高分子（纖維素、淀粉）降解為小分子單體（葡萄糖等），為后續(xù)聚合提供原料。2.單體合成：利用酶催化合成特定的生物基單體，如通過酶法將甘油轉(zhuǎn)化為1,3-丙二醇，用于合成聚酯。3.聚合反應(yīng)：利用酶（如脂肪酶、酯酶）作為催化劑，催化單體進(jìn)行縮聚或酯化反應(yīng)，制備生物基高分子，具有條件溫和、選擇性高、環(huán)境友好等優(yōu)點。4.材料改性：利用酶對已合成的生物基高分子進(jìn)行接枝、修飾等改性，改善其性能。**解析思路：*從降解原料、合成單體、催化聚合、材料改性四個方面闡述酶催化的具體作用，強(qiáng)調(diào)其在生物基高分子全產(chǎn)業(yè)鏈中的關(guān)鍵角色，以及其“綠色”、“高效”、“高選擇性”的特點。5.從資源化學(xué)的角度，分析發(fā)展生物基高分子材料面臨的挑戰(zhàn)之一。**挑戰(zhàn)之一：成本較高。***原因分析：*目前許多生物基高分子材料的制備仍依賴較復(fù)雜的轉(zhuǎn)化過程，或需要使用昂貴的酶制劑、催化劑；生物基原料（如專用能源作物）的種植、收集、處理成本可能高于傳統(tǒng)化石原料；規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)尚不成熟，未能充分體現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)；部分高性能生物基材料的性能（如耐熱性、力學(xué)強(qiáng)度）與石化基材料相比仍有差距，可能需要昂貴的改性或共混。**資源化學(xué)視角：*成本高直接影響了生物基高分子材料的競爭力，阻礙了其替代傳統(tǒng)材料的進(jìn)程。從資源化學(xué)角度看，如何通過技術(shù)創(chuàng)新（如開發(fā)高效、低成本的轉(zhuǎn)化技術(shù)、利用非糧生物質(zhì)、優(yōu)化工藝路線）降低生產(chǎn)成本，提高資源利用效率，是實現(xiàn)生物基高分子材料可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。**解析思路：*選取“成本高”這一核心挑戰(zhàn)，從原料成本、工藝成本、技術(shù)成熟度、性能差距等多個層面分析原因，并從資源化學(xué)的視角（資源利用效率、可持續(xù)性、經(jīng)濟(jì)可行性）進(jìn)行總結(jié)和拔高。四、論述題（每題15分，共30分）1.論述生物基高分子材料的制備與應(yīng)用對實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的意義。**論述要點：*1.資源可持續(xù)性：生物基高分子材料以可再生生物質(zhì)資源為原料，替代了有限的石油資源，有助于緩解資源壓力，保障國家能源安全，符合可持續(xù)發(fā)展中“資源的永續(xù)利用”原則。2.環(huán)境友好性：許多生物基高分子材料具有可生物降解性，能夠在環(huán)境中分解為無害物質(zhì)，減少了“白色污染”，有助于改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，符合可持續(xù)發(fā)展的“環(huán)境保護(hù)”目標(biāo)。3.促進(jìn)農(nóng)業(yè)和生物經(jīng)濟(jì)：生物基高分子材料的原料來源于農(nóng)業(yè)廢棄物或能源作物，其發(fā)展可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，延伸產(chǎn)業(yè)鏈，增加農(nóng)民收入，推動生物經(jīng)濟(jì)的形成，符合可持續(xù)發(fā)展的“經(jīng)濟(jì)發(fā)展”和“社會公平”方面。4.推動綠色化學(xué)和技術(shù)創(chuàng)新：發(fā)展生物基高分子材料需要開發(fā)綠色合成路線、高效轉(zhuǎn)化技術(shù)、廢料回收利用等，這促進(jìn)了綠色化學(xué)理念的實踐和相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，為可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐。5.應(yīng)對氣候變化：利用生物質(zhì)固定大氣中的二氧化碳，并通過生物基高分子材料將其固定下來，有助于實現(xiàn)碳循環(huán)，減少溫室氣體排放，符合可持續(xù)發(fā)展的“氣候行動”目標(biāo)。**解析思路：*從資源替代、環(huán)境保護(hù)、產(chǎn)業(yè)帶動、技術(shù)創(chuàng)新、氣候應(yīng)對等多個維度，系統(tǒng)闡述生物基高分子材料對可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的貢獻(xiàn)。需邏輯清晰，論據(jù)充分，體現(xiàn)其作為可持續(xù)發(fā)展重要技術(shù)路徑的價值。2.結(jié)合資源化學(xué)專業(yè)知識，論述如何提高生物基高分子材料的制備經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境友好性。**論述要點：*1.拓寬和優(yōu)化原料來源：**資源化學(xué)視角：*大力開發(fā)利用非糧生物質(zhì)（如農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物、城市有機(jī)垃圾、微藻等）作為原料，降低對專用能源作物的依賴，提高原料的豐富度、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。研究高效的物理、化學(xué)或生物預(yù)處理技術(shù)，降低木質(zhì)纖維素等復(fù)雜生物質(zhì)的開路成本。**經(jīng)濟(jì)性：*降低原料成本是關(guān)鍵。**環(huán)境友好性：*循環(huán)利用廢棄物，減少環(huán)境污染。2.開發(fā)高效、綠色的轉(zhuǎn)化和合成技術(shù)：**資源化學(xué)視角：*研究更高效、更專一的酶催化技術(shù)或溫和條件下的化學(xué)催化技術(shù)，提高關(guān)鍵轉(zhuǎn)化步驟（如單體合成、聚合）的收率和選擇性，降低能耗和化學(xué)品使用。發(fā)展一體化工藝，縮短生產(chǎn)流程，減少中間產(chǎn)物和廢物的產(chǎn)生。**經(jīng)濟(jì)性：*提高生產(chǎn)效率，降低能耗物耗。**環(huán)境友好性：*減少污染排放，符合綠色化學(xué)原則。3.提高產(chǎn)品性能和功能化水平：**資源化學(xué)視角：*通過分子設(shè)計、共混改性、納米復(fù)合等手段，提升生物基高分子的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性、耐化學(xué)性、加工性能等，使其能夠替代性能相當(dāng)?shù)氖牧?，特別是在高性能領(lǐng)域打破瓶頸。**經(jīng)濟(jì)性：*提高產(chǎn)品附加值和市場競爭力。**環(huán)境友好性：*如果改性過程也采用綠色方法，則整體更環(huán)保。4.構(gòu)建原料-產(chǎn)品-再生循環(huán)體系：**資源化學(xué)視角：*設(shè)計易于回收和再生的生物基高分子材料結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品形態(tài)。發(fā)展高效的物理回收、化學(xué)回收或生物降解回收技術(shù)，實現(xiàn)廢棄材料的資源化利用，最大限度延長材料生命周期，形成閉合的物質(zhì)循環(huán)。**經(jīng)濟(jì)性：*降低長期使用成本，形成可持續(xù)商業(yè)模式。**環(huán)境友好性：*實現(xiàn)資源循環(huán)利用，最大化減少環(huán)境足跡。5.加強(qiáng)政策支持和產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同：**資源化