生物质资源的研究与利用是应对能源危机的重要举措,对生态环境的可持续发展具有重要意义。纤维素是木质纤维素类生物质资源的主要成分之一,其在能源、医药、食品和纺织等领域有着广泛的应用基础和良好的发展前景。然而生物质中纤维素、半纤维素和木质素相互作用构成的韧性结构为高质量纤维素的分离带来了极大的挑战。此外,纳米纤维素的制备通常需要高浓度的酸性溶液。本论文针对上述问题,发展了一种简单高效的策略,利用溶剂热法从原生生物质中分离出高质量的纤维素,并设计了一种采用低浓度有机酸的酸性和氢键协同作用制备纳米纤维素的方法。取得的主要成果如下:开发了一种简单高效的溶剂热策略,从原生榉木木屑中分离得到高质量的纤维素。使用ε-己内酯和水进行溶剂热反应后,纤维素浆中木质素的去除率达到97.5%,纤维素浆的纯度、纤维素的保留率和结晶度分别为86.2%、84.5%和79.0%。因此,ε-己内酯/水体系能够从原生生物质中分离得到高质量的纤维素。与木屑原料相比,ε-己内酯/水体系溶剂热处理后得到纤维素浆中纤维的直径减小,孔隙率增加,具备酶解转化为乙醇燃料的潜力。通过实验说明反应温度和反应时间对ε-己内酯/水体系溶剂热反应的促进作用,以及在该体系中木质素与半纤维素协同降解的溶出规律。进一步研究表明ε-己内酯/水体系对于硬木、软木和农业废弃物中纤维素的分离均具有较好的效果。设计了一种利用低浓度有机酸的酸性和氢键协同作用制备纳米纤维素的方法。在反应过程中,与其他常见的无机酸或有机酸相比,5 wt%三氟甲烷磺酸酐溶液水解纤维素原料得到的水解样品具有较小的直径,较高的结晶度。通过红外光谱半定量分析了水解反应后得到水解样品中分子内和分子间氢键强度的变化情况,说明分子间氢键的增加有利于水解反应的进行。因此,三氟甲烷磺酸酐溶液不仅断裂了纤维素无定形区的糖苷键还改变了纤维素的氢键网络。5 wt%三氟甲烷磺酸酐溶液水解后的水解样品经过高压均质化处理后得到了均匀分布的纳米纤维素,其中纳米纤维的直径为27±8 nm,产率高达81 wt%,且结晶度为84%,最大热降解温度为331℃。纳米纤维素优异的性能使其在复合材料领域具有良好的应用前景。