化石燃料为不可再生资源,大量的消耗致使化石能源面临即将枯竭的局面。生物质能源作为化石燃料的替代能源降低了人类对化石燃料的依赖性。木质纤维素原料是一种储量大且易得的可再生资源,将木质纤维素高效转化为沼气等生物质能源产品已是当前的研究热点。因而,木质纤维素的预处理技术成为提高生物质转化效率的焦点之一。本试验以研究微波预处理对柳枝稷厌氧发酵产甲烷的影响机制为目标,从微波预处理对柳枝稷的溶解性、结构变化和可及性的影响三方面进行剖析,并从水解动力学的角度探讨微波预处理对提高柳枝稷中木质纤维素有效利用的作用,从而明确微波预处理技术对木质纤维素的作用机理。试验主要分为三部分。(1)微波预处理后柳枝稷特性的变化。以柳枝稷Alamo品种茎秆为试验材料,分别采用不同的微波加热终温(90℃、20℃、150℃和180℃)和150℃终温保持时间(0、5、10、15、20min)对样品进行微波预处理。结果表明,微波预处理均显著提高了柳枝稷的溶解性,180℃预处理样品的挥发性固体溶解率提高最大,达130.75%；微波预处理改变了柳枝稷的结构,使得固体表面形成孔洞；预处理后柳枝稷样品比表面积显著增加,180℃微波处理可提高细胞壁比表面积60.61%,可及性增强；但微波处理提高了柳枝稷纤维素结晶度。(2)微波预处理对木质纤维素有效利用的影响。将微波预处理后的柳枝稷固体组分分别进行厌氧发酵,每个处理组按发酵时间进行动态取样,测定厌氧发酵体系中挥发性固体和纤维素的降解过程,形成水解动力学方程,通过比较各处理间的水解动力常数,判断挥发性固体以及纤维素在厌氧发酵过程中水解速率的大小。结果表明,微波预处理可提高厌氧发酵过程中挥发性固体以及纤维素的水解速率,促进挥发性固体以及纤维素的降解。相关分析表明,柳枝稷结构的改变和比表面积的增大是挥发性固体和纤维素水解速率提高的主要原因。(3)微波预处理对柳枝稷厌氧发酵产沼气的影响。对微波处理后的柳枝稷固液混合物和固体组分分别进行厌氧发酵产沼气试验,测定甲烷产量以及挥发性固体和纤维素的降解效率。结果表明,微波预处理提高了柳枝稷的甲烷产量,180℃处理后的固液混合物甲烷产量最高,为143.15mL/gVS,较对照提高19.57%；同时,微波预处理后的固体组分厌氧发酵后,甲烷产量均比浸泡组高。除180℃微波处理外,固液混合物的甲烷产量均高于固体组分。除180℃处理后的固液混合物外,微波预处理均显著提高了固液混合物和固体组分在厌氧发酵过程中挥发性固体和纤维素的降解效率。相关分析表明,溶解性的增强和厌氧发酵过程中木质纤维素水解速率的提高是甲烷产量增加的主要原因。综上可得如下结论：微波预处理对木质纤维素特性的影响主要体现在以下三方面：溶解性提高；结构发生改变：比表面积增大、可及性增强。微波预处理通过改变柳枝稷的结构以及提高其可及性促进厌氧发酵过程中木质纤维素的水解。微波预处理通过提高柳枝稷的溶解性和厌氧发酵过程中木质纤维素的水解增加甲烷产量。