作为新型的绿色可调节溶剂,离子液体在生物质燃料和材料的转化过程中显现出巨大的发展潜力。为了系统研究基于离子液体的绿色技术在木质纤维多向转化过程的应用途径、实施难点及应对思路,本文着重在于离子液体作为溶剂、催化剂和反应媒介应用于生物质预处理和纤维素复合材料的构建。1.采用五种不同的离子液体分别对桉木进行预处理,然后碱性乙醇提取分离出半纤维素组分。离子液体预处理后半纤维素的得率明显提高,并将其结构特点与未处理桉木中分离的半纤维素进行对比分析。结果显示在离子液体1-丁基-3-甲基咪唑溴盐([bmim]Br)预处理后碱溶性半纤维素的得率最高。糖分析和分子量分布的结果表明基于不同的离子液体预处理分离的半纤维素,其分子量和木聚糖主链上分支度存在差异。离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([emim]OAc)预处理后半纤维素得率较低且支链取代较少,而离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐([amim]Cl)预处理后半纤维素分支度较高且酸性取代基较多。离子液体预处理后半纤维素分子量为50,595-62,090g/mol,而未预处理桉木中分离的半纤维素分子量较低(49,325g/mol)。经历不同的离子液体预处理过程,半纤维素的主链结构没有发生明显的变化,主要为4-O-甲基-α-D-葡萄糖醛酸在(1→4)-连接-β-D-木聚糖主链O-2位上取代。另外,热分析结果显示离子液体预处理后半纤维素的热稳定性较未处理桉木中分离的半纤维素有所提高。2.合成并表征了新型的离子液体1-丁基-3-甲基咪唑乙酰磺酸盐([bmim]Ace),再采用离子液体和极性有机溶剂结合(离子液体共溶剂系统)的新工艺有效预处理木质纤维,探讨不同有机溶剂对离子液体预处理的影响机制和效果,并综合分析半纤维素的物化特性。选择合适的有机溶剂与离子液体混合,在不影响其氢键结合能力的同时能显著降低离子液体共溶剂体系的黏度,促进木质纤维的溶解,同时可降低离子液体的使用成本。桉木木粉溶解在离子液体[emim]OAc与不同的有机溶剂混合体系中(包括1,4-二氧六环,DMSO,甲醇,丙酮,DMF,甲苯,乙酸乙酯,NMI和DMAc),然后用水再生,再生的桉木残渣用碱性乙醇溶剂提取半纤维素。半纤维素的糖分析结果显示其主要的单糖成分为木糖(58.77-74.85%),还有部分的葡萄糖(4.85-16.92%)和半乳糖(4.49-7.32%)。分子量结果表明半纤维素分子量为40,520-66780g/mol,核磁结果推断半纤维素主链为p-(1-4)-连接-D-木聚糖,且支链主要为4-O-甲基-α-D-葡萄糖醛酸取代。半纤维素热降解结果表明其主要的降解阶段发生在242至300。C。3.系统研究了离子液体和碱性乙醇预处理过程中桉木木质素的结构,以及综合精炼过程对后续纤维素酶水解效率的影响。通过[amim]Cl预处理桉木得到的木质素(L1)得率最高,为35.0%。磨木木质素(MWL)的碳水化合物含量为9.11%,未处理桉木中碱性乙醇木质素(AEL)的碳水化合物含量为2.29%,而通过离子液体预处理得到的木质素纯度最高,其碳水化合物含量仅为0.78-2.13%。MWL的分子量为2765g/mol,经离子液体预处理的木质素分子量分布呈现不均一性,为1395-3050g/mol。经离子液体预处理后,木质素的基本结构得以保留,其β-0-4’连接键和一些末端基结构的含量升高,紫丁香基结构单元(S)与愈疮木酚基结构单元(G)的比例(S/G)增大。木质素结构中S/G值从小到大依次为：MWL<AEL<L1,这与木质素结构中p-0-4’连接单元的含量的大小顺序是一致的：MWL<AEL<L1。离子液体预处理制备的木质素较MWL热稳定性有小幅提升。另外,耦合预处理过程使得桉木纤维素水解效率有明显的提高,在[emim]OAc和碱性乙醇提取的综合处理下葡萄糖的转化率最高,为92.6%。4.采用离子液体作为溶剂和微波辅助加热的方法预处理柏树,来研究其水解特性。三种离子液体,[amim]Cl、[bmim]Br和[emim]OAc在微波辐射的条件下溶解柏树木粉,然后再室温条件下用碱性反相溶剂再生出富含碳水化合物的残渣,并对再生柏树进行一系列的结构分析以科学剖析微波、离子液体预处理以及碱性反相溶剂对纤维素酶水解的协同效应。结果表明,利用离子液体在微波环境下溶解柏树为木质纤维预处理开拓了潜在的应用,[emim]OAc再生的纤维素酶糖化率最高为87.1%,而[amim]Cl和[bmim]Br再生的纤维素酶解率分别为74.9%和67.6%。[emim]OAc再生的纤维素酶糖化率最高与其结构分析的结果是相符的,其结构破坏明显且无定性增加。微波辐射和[emim]OAc预处理条件下,酶水解的得率和速率增幅明显,可视为最优预处理的媒介。5.利用酸性离子液体1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢根([bmim]HSO4)催化非等温水热微波预处理和高值化利用桉木。预处理过程在微波反应系统中进行,最大反应温度为140-200。C,并依次计算相关的强度因子。在160。C时,基于起始桉木质量低聚木糖(XOS)的得率可达到5.04%(w/w),对应木聚糖的含量为26.72%(w/w)。反应温度的升高使液体成分中低分子量产物增加,单糖和副产物的浓度也相应升高。预处理后桉木进行一系列的检测分析其化学组分和结构的变化,如：SEM、XRD、FTIR、BET和CP/MAS 13C NMR。结果表明,离子液体催化预处理后桉木的结晶度升高,表面结构遭到破坏,部分化学成分和官能团也发生了改变,从而纤维素酶水解效率大幅提升。6.本研究旨在探讨离子液体1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐([bmim]OAc)和[amim]Cl回收使用预处理桉木生物质。多重回收的离子液体对桉木预处理效果、结构变化、酶水解效率的影响进行详细的分析,采用商用酶对回用离子液体预处理桉木进行纤维素水解。通过蒸馏除去离子液体中的易挥发成分后回收离子液体,进行下一步预处理中。为评估和对比[amim]Cl和[bmim]OAc的可回收率及多重预处理效果,利用SEM、HPAEC、XRD、FTIR、CP/MAS 13C NMR等分析手段对预处理桉木的形态、结构和成分进行表征。随着离子液体预处理循环次数的增加,纤维素酶水解效率有所降低。利用GPC、1H,13C,2D HSQC NMR和TGA对回收的离子液体结构、化学官能基团、热降解性能以及残留在离子液体中的降解产物进行分析。离子液体经过四次回收使用后其基本性质、结构、和有效性没有明显的破坏,说明离子液体通过蒸馏浓缩可回收利用,并实现连续的多次预处理阶段,在生物质预处理过程中具有回收再利用的潜在优势。7.采用多步处理过程对杜仲(Eucommia ulmoides Oliver, EU)的叶子和皮进行连续分离提取。通过热水提取、碱性处理和酶水解过程得到活性成分提取物、水溶性多糖和杜仲胶(Gutta percha)。本研究利用多步绿色提取过程实现了杜仲资源的多组分高值化利用,并利用离子液体作为反应媒介通过凝胶化制备出纤维素／杜仲胶复合膜材料。在杜仲活性成分和水溶性多糖的提取过程中还利用超声辅助技术以对比分析结果。利用糖分析、FTIR和GPC对多糖结构进行表征,HPLC对八种主要的生物活性分子进行定量检测。利用超声辅助技术可提高活性成分的得率和选择性,多糖的化学成分也有所改变。酚类物质、黄酮类和生物活性化合物的含量在超声处理后增加,但在杜仲的不同组织部位存在差异。杜仲皮和叶中主要的生物活性成分分别是桃叶珊瑚苷和绿原酸。未采用超声的热水提取多糖分子量为17,995-21,410g/mol,而超声辅助提取多糖的分子量较大,达到32,125-91,880g/mol。杜仲叶浸提物的自由基清扫指数为3.22-4.17,而杜仲皮浸提物的自由基清扫指数为1.01-1.32,这说明杜仲叶较杜仲皮有着更加优异的抗氧化活性,且提取液的体外抗氧化性与其酚类物质的含量成正相关。在80。C下,采用离子液体[bmim]OAc溶解纤维素,并添加不同质量比例的杜仲胶反应2h,以获得不同的复合膜材料。对复合膜的结构合物化特性进行多角度解译,以评估其在包装等多功能材料领域的应用价值。本研究在综合利用杜仲资源的情况下,为纤维素基生物材料增强机械性能提供有效的方法、开辟新途径。8.采用NaClO2脱木素和不同的预处理过程(温和碱性提取、稀酸水解和水热处理)对桉木进行解离,以获得高纯度的纤维素和高附加值产品(如：半纤维素和低聚木糖)。然后,利用离子液体[bmim]OAc溶解不同预处理得到的桉木纤维素样品,通过湿法纺丝的方法制备出再生纤维素纤维。利用多手段研究了NaOH溶液提取的半纤维素的化学结构,以及稀酸和水热预处理过程低聚木糖的得率。系统研究了离子液体纺丝后再生纤维的化学结构、结晶晶型、分子量、表观形态和机械强度。本研究旨在对比分析不同的桉木预处理过程及其相应增值副产物,选择合适的预处理手段提升基于离子液体绿色溶剂的桉木再生纤维素纤维的纺丝工业化应用价值。