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1.4 精细化工原料和林产精细化工 讲义.pdf---点此下载文件
1.4 精细化工原料和林产精细化工
1 精细化工的原料
精细化工所用的原料,也就是我们自然界中能源,经化学加工后得到的初级化学产品,包括以煤、石油、天然气以及农林牧渔副产品加工后的初级化学品。
大家对于煤、石油和天然气相对会比较熟悉,它们是目前世界上最重要的三大能源,但这些能源都有一个特点,那就是不可再生性,在未来,可能会面临资源枯竭的担忧。
而在农林牧渔副产品资源里面,蕴含着一个非常大的可再生的能源,也就是生物质能源。
生物质是通过光合作用而形成的各种有机体,包括所有的动植物和微生物,生物质能是太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量形式。
例如农业副产品植物秸秆,林业资源中的树叶、树干、分泌物和果实等。这些资源均来自于大自然,与石油化工原料相比,具有绿色安全性,作为精深加工的原料,具有更大的吸引力和开发性。
1-1 煤初级化工产品
我们先看一下煤,可以加工成哪些初级化工产品,也就是可作为精细化学品的原料。煤经过炼焦,可以得到粗苯和煤焦油。粗苯当中包括50%-70%的苯、12%-22%的甲苯以及2%-6%的二甲苯。而煤焦油中的成分就相对比较复杂,包括萘、二甲基萘、菲、苯酚、甲酚、二甲酚和吡啶等。
另外,煤还可以被气化,产生氢以及分子量较宽的烷烃和烯烃混合物,生产乙炔等,这些都是初级化工产品,都是优异的精细化工的原料。
1-2 石油初级化工产品
而对于石油来说,它可以经过催化重整,得到苯、甲苯和二甲苯,通过热裂解可得到乙烯、丙烯和丁二烯等,通过催化裂解可得到多烷基苯、烷基的萘,还可以通过临氢脱烷基化,得到苯和萘等初级化工产品,均作为精细化工的原料。
1-3 天然气初级化工产品
天然气,经过化学加工可以转变成甲烷、乙烷、丙烷和较高碳链的烷烃,也可以用来生产乙炔、氢氰酸、二硫化碳、甲醇、甲醛、氯代甲烷等等,另外还可以来合成气,也就是一氧化碳和氢气,进一步制备甲醇、甲醛、正丁醇、甲酸、丙烯酸等化工初级产品,可以作为精细化工的原料。
以上是煤、石油和天然气三大重要能源,经过加工后,可以得到烷烃、氯代烷烃、不饱和烷烃和芳香烃等初级化工产品,是合成精细化学品优异的原料。
1-4 农林牧渔副产品初级化工产品
精细化工利用的第四种资源农林牧渔副产品,相比前面讲到的初级化工产品来说,具有可再生性和绿色安全等优势,属于生物质能源,从化学物质来讲,具体有什么呢?
第一个便是碳水化合物,比如说葡萄糖分子组成的淀粉,从农业中的小麦、玉米和林业中的橡子果实中都可以获得淀粉;
与淀粉化学结构相似的一类碳水化合物便是纤维素,也是由葡萄糖分子组成的大分子多糖,自然界中含有丰富的纤维素,例如木材中40%-50%的成分是纤维素。
碳水化合物还包括糖单元组成的树胶,也就是多糖树胶,例如由半乳糖和甘露糖聚合而成的瓜尔胶和由半乳糖、木糖、葡萄糖以1:3:4组成的中性聚多糖罗望子多糖胶。
碳水化合物经过水解等处理,可以转变成单糖,也就是葡萄糖、半乳糖和木糖等,可作为原料进一步加工成精细化学品。
生物质能源的第二大类化合物是脂肪和油脂类,主要成分为甘油三酸酯、例如动物的油脂,是棕榈酸、硬脂酸的甘油三酸酯,经过皂化,可以用来生产精细化学品肥皂。
2 林产精细化工
根据生产精细化学品的原料,我们可以把精细化学品分为石油类精细化学品和农林类精细化学品。
那么,林产精细化工也就对应着以林产生物质资源为原料进行精深化工加工的工业。它是林产化工的一个重要部分,确切说是以林产生物质资源生产的初级化学品作为原料,进行再加工的工业。
例如,生物质能源中松树分泌的油脂,松脂,它经过初级蒸馏加工,可以得到松香和松节油,也就是初级化学品,再进一步皂化、酯化或氧化等化学改性后,可以作为橡胶的乳化剂、食品添加剂和香精香料等精细化学品。
以林产资源发展精细化工,具有重要的优势,第一,资源丰富。我国森林资源非常丰富,在世界森林资源位列第五位,据2014年发布的第八次全国森林资源清查结果显示,全国森林面积2.08亿公顷。丰富的森林资源为我们获得精细化工原料提供坚实的后盾。
除我们刚才讲到的碳水化合物淀粉、纤维素和多糖胶外,还包括树木的分泌物,松脂、紫胶、生漆。其中,紫胶是紫胶虫吸取寄主树树液后分泌出的紫色天然树脂,可用作胶姆糖胶基、焙炒咖啡和咖啡代用品的上光增色剂等精细化学品使用。
另外还有栲胶类产品原料,栲胶,也就是单宁提取物,是由富含单宁的植物原料经水浸提和浓缩等步骤加工制得的初级化工产品,单宁中含有大量酚羟基,赋予它反应特性同时,也赋予了它抗氧化性能,可以作为制备胶粘剂和食品添加剂等精细化学品的原料。
林产资源中还存在大量具有生物活性的化合物,比如银杏叶提取物中含有活性成分黄酮和萜内酯,能够增加脑血管血液流量,改善脑血管血液循环功能,保护脑细胞,扩张冠状动脉,预防心绞痛及心肌梗塞,常被用来生产银杏叶提取物注射液等药物,用来治疗心脑血管疾病。
发展林产精细化工的第二个优势是,原料资源具有可再生性,在满足人类的当前的发展需求下,不会损害自然界支持当代和后代人的生存能力,符合可持续发展的战略方针。
另外,林产精细化工还具有产品符合绿色化学工艺等优势。
通过这节课的学习,我们发现林产精细化工是精细化工行业的重要分支,具有旺盛的生命力。
通过本节的学习,同学们要了解精细化工的原料,林产精细化工的发展前景。
-0 课程简介和参考资料
--参考书籍-1
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-1.1 精细化学品的定义和分类
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-1.2 精细化工的特点
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-1.3 精细化工现状和发展趋势
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-1.4 精细化工原料及林产精细化工
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--辅助教学材料-皂荚果实、皂荚种仁、皂荚树培育区、挂果皂荚树
-1.5 拓展-访谈:精细化工中的法律知识
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-1.6 拓展-讲座 甘露聚糖胶研究与应用
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-2.1-2 先修知识介绍-淀粉和纤维素化学结构
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-2.1-3 先修知识介绍-松脂简介
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--讨论:琥珀与松香
-2.2 单元反应-卤化、磺化、羟基化和酰化反应
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--考核-习题 2.2
-2.3 单元反应-硝化与亚硝化、氨解、重氮化、烷基化与环化反应
--讲义 2.3
--考核-习题 2.3
-2.4 单元反应-氧化与还原、歧化及其它反应
--讲义 2.4
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-第二章 单元反应汇总
-作业:【北林混合式教学线上学习】第二章 笔记
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-3.1 表面活性剂概述
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-3.2-1 表面活性剂基础知识-概念
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-3.2-2 表面活性剂基础知识-结构和分类
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--讨论:使用氨基酸表面活性剂的洁面究竟对皮肤有什么好处呢?
-3.2-3 表面活性剂基础知识-表面张力
--讲义 3.2-3
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-3.2-4 表面活性剂基础知识-胶束化性质
--讲义 3.2-4
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-3.2-5 表面活性剂基础知识-CMC值测定方法
--讲义 3.2-5
--考核-习题 3.2-5
--期刊论文-滴体积法测定表面活性剂溶液临界胶束浓度的新方法
-3.2-6 表面活性剂基础知识-HLB值及其它性质
--讲义 3.2-6
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-3.2-7 表面活性剂基础知识-作用
--讲义 3.2-7
--考核-习题 3.2-7
-3.2-8 表面活性剂基础知识-影响表面活性剂性能的因素
--讲义 3.2-8
--习题 3.2-8
-3.3-1 松香合成表面活性剂-歧化松香
--讲义 3.3-1
--考核-习题 3.3-1
-3.3-2 松香合成表面活性剂-歧化松香胺
--讲义 3.3-2
--习题 3.3-2
-3.3-3 松香合成表面活性剂-松香基表面活性剂
--讲义 3.3-3
--习题:3.3-3
--参考文献:8分
-3.4 常用表面活性剂产品
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--习题:3.4
-3.5 拓展-实验:一滴洗洁精的魅力
--讲义 3.5
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-第三章 表面活性剂汇总
-作业:【北林混合式教学线上学习】第三章 笔记-1
-作业:【北林混合式教学线上学习】第三章 笔记-2
-前三章知识点翻转课堂(含实验)
-作业:前三章讨论课总结(需上传)
-作业:梁希混合式第三章笔记
-4.1 胶粘剂概述
--讲义 4.1
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-4.2 植物单宁胶粘剂
--讲义 4.2
--考核-习题 4.2
-4.3 松香胶粘剂
--讲义 4.3
--习题 4.3
-4.4 拓展-访谈:软包装胶粘剂
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--习题 4.4
-第四章 胶粘剂笔记(北林林化17)
-5.1 食品添加剂概述
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-5.2 食品抗氧化剂
--讲义 5.2
--考核-习题 5.2
-5.3-1 食用香料概述
--讲义 5.3-1
--习题 5.3-1
-5.3-2 食用香料-天然食用香料生产
--讲义 5.3-2
--考核-习题 5.3-2
-5.3-3 食用香料-香料单离技术
--讲义 5.3-3
--考核-习题 5.3-3
-5.3-4 食用香料-合成食用香料
--讲义 5.3-4
--习题 5.3-4
-5.3-5 实验:天然苯甲醛合成
-5.4 拓展-实验:糖尿病患者应该如何吃糖
--讲义 5.4
--习题 5.4
--讨论:甜味剂
-5.5 拓展-访谈:食品添加剂的安全问题
--讲义 5.5
--习题 5.5
-第五章 笔记
-6.1 医药制剂概述和银杏叶制剂
--讲义 6.1
--考核-习题 6.1
-6.2 松节油合成冰片
--讲义 6.2
--习题 6.2
-6.3 拓展-访谈:医改形式下的医药发展
--讲义 6.3
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-6.4 拓展-讲座:松节油基萜类驱避剂与驱避机理的新认识
--讲义 6.4
-第六章 医药制剂笔记(北林林化17课程要求)
-7.1 造纸助剂概述
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--讨论:对纸的认识
-7.2 造纸施胶剂概述
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--考核-习题 7.2
-7.3 强化松香施胶剂
--讲义 7.3
--习题 7.3
-7.4 纸张增强剂
--讲义 7.4
--考核-习题 7.4
-第七章 造纸助剂笔记
-作业:梁希混合式教学笔记(4-7章内容)
-8.1 概述
--讲义 8.1
--考核-习题 8.1
-8.2 松香在涂料中应用
--讲义 8.2
--习题 8.2
-8.3 带锈涂料
--讲义 8.3
--考核-习题 8.3
--第八章 涂料笔记
-9.1-1 油墨概述
--讲义 9.1-1
--考核-习题 9.1-1
-9.1-2 油墨结构与生产过程
--讲义 9.1-2
--考核-习题 9.1-2
-9.1-3 松香在油墨中的应用
--讲义 9.1-3
--习题 9.1-3
-9.2 活性炭纤维
--讲义 9.2
--考核-习题 9.2
--第九章其它精细化学品笔记
-作业:梁希混合式教学笔记(8-9章)
-10.1 碳和氢元素分析
--讲义 10.1
--考核-习题 10.1
-10.2 氮元素分析
--讲义 10.2
--考核-习题 10.2
-10.3 硫和卤素分析
--讲义 10.3
--考核-习题 10.3
-10.4 精细化工产品的仪器分析法
--讲义 10.4
--考核-习题 10.4
-第十章 精细化学品的分析检测 学习要点、结构导图及精华笔记
-第十章 精细化学品的分析笔记
-北林林化讨论课视频