前言

在现代工业开始之前，生物质资源一直都是人类食物、能源和材料的最主要来源。自工业革命以来，煤炭、石油和天然气等高能量密度且易于开采加工的化石资源的开采和利用，为人类文明数百年来的突飞猛进和今日的繁荣提供了物质和能源保障。然而，化石资源的开采消耗及其利用过程中所带来的环境问题逐渐成为人类社会发展的障碍。一方面，化石资源为不可再生资源，大规模地开采和消耗必然导致资源的短缺，从而无法满足人类社会发展的需求；另一方面，大量化石资源的利用会带来一系列的环境问题，如气候变暖、酸雨、海洋污染、大气污染、固体废物污染等，也成为人类生存的重要威胁。

为了应对过度依赖不可再生的化石资源所带来的资源和环境问题，世界各国都积极投入对可再生资源的研究，并开发出多种对核能、太阳能、水能、生物质能、风能、地热能、海洋能等可再生资源的利用技术。在上述可再生资源中，只有生物质资源能够像化石资源那样通过一系列物理变化和化学变化得到能源和有机化学品。因此，开发利用生物质资源，对人类文明的可持续发展至关重要。

生物质资源通常指来源于生命体的有机物质，包括动物、植物和微生物中的有机物。但是，动物、植物和微生物中的物质组成存在明显的区别，且植物的果实和茎干也存在明显的区别。比如，动物尸体中含有大量的油脂和蛋白质，某些植物的果实中含有大量的油脂，某些植物的果实中则含有大量淀粉，而植物的茎干则通常由纤维素、半纤维素和木质素组成。由于来源不同的生物质的化学成分明显不同，所以其利用方式也存在差异。相比较于其他生物质，以农作物秸秆和林业废弃物为代表的木质纤维素是一类存量巨大、成分单一的生物质。通常而言，植物茎干的主要成分都是纤维素、半纤维素和木质素，其转化过程具有较为明显的规律。因此，国内外学者在木质纤维素资源的利用方面开展了大量的研究。

水热炼制技术是一种木质纤维素转化技术。在水热炼制技术中，木质纤维素中的多糖组分（包括纤维素和半纤维素）发生水解生成葡萄糖、木糖等单糖，而这些单糖则可以在催化剂作用下选择性地转化生成一系列重要的平台化学品，如5-羟甲基糠醛、糠醛、乙酰丙酸、乳酸、乙二醇、1,2-丙二醇、山梨醇、木糖醇等，这些平台化学品可以作为化工原料生产下游的有机化工品及液体燃料。由于这一领域在促进人类社会可持续发展中所展现出的价值，目前国内外对此领域开展了广泛的研究，多种技术路线正在从实验室走向工厂。

本书是笔者在对木质纤维素水热炼制技术进行深入研究的基础上，结合国内外同行的研究成果而编著。全书共五章，第一章对木质纤维素的概念、结构及其利用技术进行概述；第二章详细讨论了木质纤维素中的纤维素组分水热转化制备平台化学品（5-羟甲基糠醛、乙酰丙酸、乳酸、乙二醇、1,2-丙二醇、山梨醇等）的相关理论基础和研究进展；第三章论述了笔者在催化纤维素制备5-羟甲基糠醛中的研究成果及所遇到的困难；第四章研究了碳水化合物及其衍生物在水热条件下的降解行为并对水热焦炭的结构进行表征，提出碳水化合物在水热转化过程中生成的α-羰基醛是形成水热焦炭的关键中间体，而羟醛缩合反应是生成水热焦炭的关键步骤；第五章论述了利用LC-MS和LC-MS2研究葡萄糖及三种生物质衍生呋喃类物质（5-羟甲基糠醛、糠醛和糠醇）经水热降解生成的可溶性物质的结构，并分析了碳水化合物的水热转化路径和各种鉴定出的可溶性物质的生成机理。

本书适用于木质纤维素资源高值化利用领域的相关科研工作者。因笔者水平有限，书中不足和欠妥之处在所难免，敬请读者见谅并予以批评指正。

编著者

2020年6月