2025年大學《資源化學》專業(yè)題庫——生物可降解聚合物的合成及應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請將正確選項的字母填在括號內(nèi)，每題2分，共20分）1.下列哪種聚合物在環(huán)境條件下主要通過水解作用實現(xiàn)生物降解？（）A.聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）B.聚乳酸（PLA）C.聚苯乙烯（PS）D.聚氯乙烯（PVC）2.利用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)的生物可降解聚合物主要是？（）A.聚碳酸酯（PC）B.聚己內(nèi)酯（PCL）C.聚羥基脂肪酸酯（PHA）D.聚丙烯（PP）3.下列哪種單體通常通過開環(huán)聚合反應制備聚乳酸（PLA）？（）A.乙二醇和對苯二甲酸B.乳酸C.己二酸和己二胺D.丙烯腈4.在生物可降解聚合物的合成中，使用淀粉等可再生資源通常涉及？（）A.微生物發(fā)酵B.高溫高壓裂解C.酶催化接枝或改性D.電化學聚合5.下列哪種生物可降解聚合物通常具有較好的柔韌性和較低的玻璃化轉變溫度？（）A.聚乳酸（PLA）B.聚羥基戊酸酯（PHBV）C.聚己內(nèi)酯（PCL）D.聚丁二酸丁二醇酯（PBS）6.生物可降解聚合物用于包裝材料的主要優(yōu)勢之一是？（）A.耐化學腐蝕性極佳B.在填埋場中完全降解，減少環(huán)境污染C.燃燒時釋放大量熱量D.成本通常低于石油基塑料7.下列哪種方法不屬于生物合成生物可降解聚合物？（）A.微生物轉化糖類物質B.酶催化合成聚酯C.化學開環(huán)聚合D.微藻光合作用合成油脂類前體8.提高淀粉基生物可降解聚合物性能的一種常見策略是？（）A.增加其結晶度B.使用大量石油基助劑C.降低其生物降解速率D.減少其分子量9.生物可降解聚合物在體內(nèi)的降解速率通常需要？（）A.遠快于其在自然環(huán)境中的降解速率B.遠慢于其在自然環(huán)境中的降解速率C.與其在自然環(huán)境中的降解速率相當D.取決于是否添加降解促進劑10.“資源化學”視角下，生物可降解聚合物的研發(fā)重點在于？（）A.尋找廉價易得的合成單體B.提高聚合物的熱穩(wěn)定性C.替代傳統(tǒng)石油基塑料，實現(xiàn)資源可持續(xù)利用D.確保聚合物具有最高的生物相容性二、填空題（請將答案填在橫線上，每空2分，共20分）1.生物可降解聚合物在環(huán)境作用下能夠被微生物__________、__________或__________而降解為對環(huán)境無害的小分子物質。2.聚羥基脂肪酸酯（PHA）是一類由微生物通過__________途徑積累的內(nèi)源性聚酯，其組成和結構具有__________性。3.利用淀粉合成生物可降解聚合物，可以通過__________改性或__________共聚等方式引入其他單體或基團，以改善其性能。4.影響生物可降解聚合物降解速率的主要環(huán)境因素包括__________、__________、__________和水分。5.聚乳酸（PLA）是一種重要的生物可降解聚合物，其主要的合成方法是__________聚合，常用催化劑包括__________和__________。三、名詞解釋（請簡要解釋下列名詞，每題3分，共15分）1.生物可降解性2.開環(huán)聚合3.綠色化學4.PHA5.生物基材料四、簡答題（請簡要回答下列問題，每題5分，共20分）1.簡述化學合成和生物合成生物可降解聚合物的主要區(qū)別。2.簡述生物可降解聚合物在醫(yī)療器械領域應用時需要滿足的主要性能要求。3.簡述使用可再生資源（如淀粉）合成生物可降解聚合物的意義。4.簡述影響生物可降解聚合物加工性能的主要因素。五、綜合應用題（請結合所學知識回答下列問題，共25分）1.以聚乳酸（PLA）為例，簡要說明其合成路線、主要性能特點及其在包裝領域的應用。請結合“資源化學”的理念，討論PLA作為石油基塑料替代品的優(yōu)勢和潛在挑戰(zhàn)。（15分）2.簡述聚羥基脂肪酸酯（PHA）的生物合成途徑及其關鍵影響因素。列舉至少兩種PHA的潛在應用領域，并說明選擇這些應用領域的主要原因。（10分）試卷答案一、選擇題1.B2.C3.B4.C5.C6.B7.C8.A9.A10.C二、填空題1.降解解吸分解2.代謝可調(diào)3.偶聯(lián)接枝4.溫度濕度pH值5.開環(huán)酶酸催化劑三、名詞解釋1.生物可降解性：指聚合物在環(huán)境（如土壤、水體）或生物體（如體內(nèi)）條件下，能夠被微生物完全或部分降解為二氧化碳、水、無機鹽等對環(huán)境無害的小分子物質的過程和性質。2.開環(huán)聚合：指帶有官能團的環(huán)狀單體，通過打開環(huán)狀結構的方式連接成高分子鏈的聚合反應。3.綠色化學：旨在從源頭上減少或消除有害物質的設計、制造和應用化學產(chǎn)品的科學和工程領域。強調(diào)使用可再生資源、設計可降解產(chǎn)品、減少有毒中間體和溶劑使用等。4.PHA：聚羥基脂肪酸酯（Polyhydroxyalkanoates）的縮寫，是一類由微生物在代謝不飽和脂肪酸時，以脂肪酰輔酶A為原料，通過縮合反應積累的內(nèi)源性生物可降解聚酯材料。5.生物基材料：指其來源是生物質（如植物、動物、微生物）的可再生資源，通過生物過程或化學轉化得到的材料。生物可降解性是其重要特征，但不一定所有生物基材料都是可降解的。四、簡答題1.化學合成通常在實驗室或工業(yè)條件下，使用化學催化劑或引發(fā)劑，通過化學鍵的斷裂和形成合成聚合物，單體通常來源于石油化工產(chǎn)品或經(jīng)過化學改性的生物質。生物合成主要利用微生物作為“工廠”，在適宜的發(fā)酵條件下，通過微生物的代謝活動合成聚合物，單體通常直接來源于可再生生物質（如糖類）?；瘜W合成可控性高、產(chǎn)率高，但可能產(chǎn)生副產(chǎn)物、能耗高；生物合成條件溫和、環(huán)境友好，但通常產(chǎn)率較低、發(fā)酵過程控制復雜。2.生物相容性：材料與生物組織接觸時不引起有害的免疫反應、毒性或炎癥。力學性能：根據(jù)應用需求，需要一定的強度、韌性、彈性等。生物降解性：在預期應用環(huán)境中能夠按需降解，如可吸收醫(yī)療器械需要完全降解。降解速率：降解速度需與組織愈合或功能維持相匹配。其他：如血液相容性、無致癌性、無致敏性等。3.利用可再生資源合成生物可降解聚合物，可以減少對有限且不可再生的石油資源的依賴，緩解能源危機和環(huán)境壓力。同時，這類合成過程通常更環(huán)境友好，符合綠色化學原則，有助于實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展目標。4.化學結構：單體種類、分子量、分子量分布、支化度、結晶度等都會顯著影響加工性能。物理狀態(tài)：粉末、顆粒、溶液、熔體的形態(tài)影響流動性。熱性能：熔點、玻璃化轉變溫度決定了加工的溫度范圍和材料的使用溫度。與其他助劑的相互作用：如增塑劑、穩(wěn)定劑等會影響材料的熔體流動性、穩(wěn)定性。五、綜合應用題1.合成路線：聚乳酸（PLA）主要通過乳酸（LacticAcid）或其內(nèi)酯形式（丙交酯）的開環(huán)聚合反應制備。常用催化劑包括酸性催化劑（如辛酸亞錫Sn(Oct)?、辛酸錫Sn(OAc)?）和酶催化劑（如脂肪酶）。工業(yè)上通常采用直接聚合法或丙交酯開環(huán)聚合法。主要性能特點：PLA是一種半結晶性聚合物，具有較好的透明度、可生物降解性、一定的力學強度（隨分子量增加而提高），但熱塑性較差（低溫下變脆，高溫下軟化）。其降解產(chǎn)物為二氧化碳和水，環(huán)境友好。應用：PLA在包裝領域被廣泛應用于制造一次性餐具、購物袋、農(nóng)用薄膜等。由于其可生物降解性，適用于需要減少塑料垃圾的場景。也可用于注塑、擠出、吹塑等成型加工。優(yōu)勢：作為石油基塑料（如PE、PP、PET）的替代品，PLA來源于可再生資源（如玉米淀粉、甘蔗），生產(chǎn)過程相對綠色，產(chǎn)品可生物降解，減少環(huán)境負擔。潛在挑戰(zhàn)：成本通常高于傳統(tǒng)石油基塑料；力學性能和耐熱性相對較差，限制了其在某些高性能領域的應用；生物降解速率受環(huán)境條件影響較大，可能過快導致產(chǎn)品過早失效；加工過程需要特殊條件；回收和再利用技術尚需完善。2.生物合成途徑：PHA的生物合成途徑是微生物（如細菌、酵母、真菌）在缺乏外部碳源（如葡萄糖）而富含脂肪酸來源（如乙酸、丙酸）的條件下，將代謝產(chǎn)生的脂肪酰輔酶A前體縮合成長鏈的羥基脂肪酸，再由脫水酶催化形成內(nèi)酯鍵，最終聚合成PHA高分子鏈。這個過程通常在細胞的胞質體或聚羥基脂肪酸酯體（PHBgranules）中進行。關鍵影響因素：①碳源和氮源：培養(yǎng)基中碳源（如葡萄糖）和氮源的比例是調(diào)控PHA合成的關鍵因素，通常碳源過剩、氮源限制有利于PHA積累。②金屬離子：發(fā)酵液中Mg2?、Co2?等金屬離子是許多PHA合成關鍵酶的輔因子，其濃度影響PHA合成效率和種類。③溫度、pH、氧氣：適宜的溫度、pH和氧氣供應（對于好氧微生物）有利于微生物生長和PHA合成。④微生物種類：不同微生物合成PHA的種類（不同羥基脂肪酸單元的組成）和產(chǎn)量差異很大。