目前,纤维素生物质在生化转化过程中必须经过预处理来降低其抗降解性。某些离子液体能够溶解纤维素,这是离子液体预处理技术的基础。研究经过预处理纤维素生物质发生的化学和物理结构变化是人们研究的重点。早期大量的研究主要集中在低固料(生物质的重量百分比为3到5)含量的离子液体溶液里处理纤维素生物质。但是,要降低预处理成本必须提高预处理时生物质原料在离子液体中的比例。然而,离子液体浓度的变化对于预处理的效果(酶水解效率)以及生物质的结构和组分的影响尚不明确。本文研究了白杨、桉木、高粱和柳枝稷四种生物质在不同浓度离子液体(1-乙基-3甲基咪唑醋酸盐)中的预处理。生物质浓度变化范围是5-25 wt.%,预处理温度是110℃,反应时间是3 h,对预处理后的生物质进行了结构表征和酶解。酶解结果表明预处理时使用高的生物质含量是可行的,糖化率可以达到60-80%。离子液体预处理对于纤维素生物质的物理结构的改变使用了 X射线衍射(XRD),小角中子散射(SANS)和氮气吸附装置。XRD测量生物质中纤维素的晶体结构,SANS和氮气吸附装置研究生物质的孔隙度和比表面积。在对于白杨和桉木的实验里,SANS检测到了生物质里半径为25到625埃米的孔,结果表明生物质经过预处理后孔隙度增加,小孔对于孔隙度增加的贡献没有大孔多。白杨和桉木在离子液体预处理后的糖转化率随着固料含量的变化趋势有明显的不同,发现纤维素结晶结构的变化起决定性作用,而非孔隙率的变化。在研究松木时,首次将SANS测得的松木样品的孔隙度的相对变化与氮气吸附装置所得的结果进行了比较,并用XRD测定了生物质的晶体结构。孔隙度和XRD数据表明在预处理过程中,松木样品在较高的固料含量下预处理效果比低固料含量下更好,这个反常的结果是因为松木中存在的松脂酸。固料含量高时松脂酸的浓度也高,对于离子液体预处理起到催化的作用。离子液体的回收是一项十分重要的研究。本课题提出一个新的对离子液体回收再利用的方法,使用蒸馏装置回收和重新使用离子液体进行预处理:对于预处理后回收的离子液体溶液并不将其中的水分离出来,而是直接将回收液用于生物质预处理。在蒸馏装置里将预处理和水蒸发结合起来,离子液体的浓度随时间而动态增加。一共进行了三个循环的回收和再利用,发现糖转化率随着循环次数而减少,从80-90%下降到50-60%。认为工艺的优化可以进一步提高糖转化率。