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木质纤维素作为地球上最丰富的可再生资源,具有制备生物能源和生物材料的巨大潜能。预处理是生物能源转化过程中最关键的一步,它可以打破木质素对纤维素及半纤维素的包覆促进酶对纤维素、半纤维素的作用。论文第二章对比研究了绿液、酸性亚硫酸盐及亚硫酸盐-甲醛预处理对杨木化学成分及酶解性能的影响。三种预处理均能有效的脱除木质素并且将90%的纤维素保留在预处理后的浆料中,其中酸性亚硫酸盐预处理伴随有明显的半纤维素降解。绿液、酸性亚硫酸盐及亚硫酸盐-甲醛预处理杨木的最高酶解总糖转化率分别为90.2%,63.6%和80.3%。研究表明绿液预处理能有效的提高酶解效率,论文第三章将其应用于四种不同的木质纤维原料,马尾松,杨木,毛竹和芒草,以研究其对这四种原料化学成分及酶解性能的影响。结果表明在绿液预处理过程中禾本科原料的脱木素选择性比木材原料好,脱木素选择性顺序为:芒草>毛竹>杨木>马尾松。绿液预处理对不同原料酶解糖化效率的影响也不同。在绿液预处理过程中,高的木质素脱除率,低的高聚糖降解率有助于最终酶解糖化效率的提高。木质纤维素中的木质素对酶解效率有很大影响。论文第四章将亲水性的磺化木质素和疏水性的碱木质素引入酶解过程中,研究两种木质素对不同底物酶解性能的影响。研究表明木质素对底物酶解效率的影响不仅与引入的木质素有关还与底物的特性有关。碱木质素的添加对所有底物的酶解效率都略有提高。添加磺化木质素能有效的提高绿液和酸性亚硫酸盐预处理底物的酶解效率,但对亚硫酸盐-甲醛预处理底物的酶解效率影响不大。添加0.3 g/g-底物的磺化木质素能将绿液预处理马尾松的酶解效率从42%提高到75%。纤维素纳米纤丝具有低的热膨胀性能,高的长径比,良好的机械和光学性能使其在纳米复合材料、造纸、涂布添加剂、安全纸、食品包装、气体阻隔等方面都有广泛的应用前景。然而能耗却是机械法制备纤维素纳米纤丝的核心难题。研究表明酶法预处理能有效降低机械法制备纤维素纳米纤丝的能耗。论文第五、六、七章研究了内切酶预处理和后处理在机械法制备纤维素纳米纤丝上的应用。实验结果表明内切酶预处理至少能降低30%的能耗。透射电镜图显示耐高温的内切酶Ph-GH5结合高压微射流纳米均质机能制得比商业内切酶FR更高长径比的具有高度网状交联的纤维素纳米纤丝。论文第六章研究了纤维素纳米纤丝制备薄膜的物理和机械性能。经FR预处理的纤维素纳米薄膜的最高比模量为56 MNm/kg,是未处理漂白桉木浆经高压微射流纳米均质机所制纳米薄膜的2.71倍。由Ph-GH5(1 mg/g)经40次高压微射流纳米均质机处理所制得纳米薄膜提供的最大比抗张强度可达120 kNm/kg。论文第七章研究结果表明超微粒磨碎机结合内切葡聚糖酶后处理可以有效提高纤维素纳米纤丝尺寸的均一性。所有GH5内切葡聚糖酶处理后的纤维素纳米纤丝的直径分布在3 nm到19 nm之间,其中70–89%的纤维素纳米纤丝的直径分布在5 nm和9 nm之间。其中,Fn-GH5是一种不能水解微晶纤维素的内切酶,但却能明显降低纤维素纳米纤丝的聚合度。这说明酶对无定形微纤丝的水解是决定纳米纤丝长度和形态的主要水解作用。