木质纤维素是一种储量极大的非粮生物质原料,利用木质纤维素生产生物燃料是国内外研究热点。木质纤维素的预处理成本和预处理过程产生的环境污染是影响其应用的主要因素,为了提高预处理经济性和降低预处理环境污染问题,本论文建立了高效的脱毒策略,并且分别优化了酸预处理和碱预处理工艺,应用于生物丁醇发酵生产的研究。具体研究结果如下:（1）木质纤维素预处理液中产生的的毒素（如醛类和酚类化合物等）严重抑制了微生物发酵生产丁醇。为了减少预处理液中抑制物,以抑制物含量高的糠醛渣（FRs）为原料进行脱毒工艺的研究。结果表明,活性炭的脱毒效果优于树脂711,并且活性炭与树脂711联用脱毒效果优于单独使用其中任何一种。将FRs水解液应用于Clostridium saccharobutylicum DSM 13864发酵生产丁醇的研究中,发现采用同步脱毒灭菌方式（SDS）,即将玉米浆（CSL）与FRs水解液混合,并且同时加入活性炭与树脂711一起灭菌,脱毒效果最佳,发酵获得8.48 g?L^-1丁醇和12.61 g?L^-1总溶剂（ABE）。（2）为了提高木质纤维素解预处理中高附加值的副产物木糖的浓度,提高其经济性,对酸预处理工艺进行了优化。结果表明:利用廉价的H₂SO₄对玉米秸秆进行三次循环预处理,可获得高浓度的副产物木糖,并且预处理后的玉米秸秆可继续水解生成葡萄糖用于丁醇发酵。最佳预处理条件为:180℃,15 min,固液比(w?w^-1)为1:7,H₂SO₄加量:0.6%(w?w^-1,第一批)/0.93%(w?w^-1,第二批和第三批),其中预处理液回收3次。在此条件下,得到含56.3 g?L^-1木糖和4.5 g?L^-1葡萄糖的酸预处理液。预处理后的玉米秸秆经纤维素酶进一步水解,得到35.7-39.9 g?L^-1葡萄糖。此工艺不仅可以提高纤维素的利用率,还可以减少废水的产生量。在浓缩未脱毒的玉米秸秆水解液中加入1%(w?w^-1)活性炭进行SDS,用于发酵生产丁醇,72 h后丁醇浓度达到9.47 g?L^-1。（3）为了减少废水量,对木质纤维素碱预处理液的脱毒和回收再利用进行研究。基于源头控制的理念,对碱预处理液进行脱毒并回收用于丁醇发酵。通过加酸去除碱预处理液中的木质素,用活性炭将去除木质素的预处理液脱毒并用于水解和发酵过程。结果显示在pH 3.8时,大多碱溶性木质素会被沉淀并去除;碱预处理液中活性炭添加量虽然对秸秆纤维素酶水解的影响不明显,但是对丁醇发酵影响较大,当活性炭添加量为1.5%时,发酵72 h丁醇浓度达到10.2 g?L^-1。（4）为了简化发酵工艺,缩短丁醇生产周期,以碱预处理玉米秸秆（AlP-CS）为原料,C.saccharobutylicum DSM 13864为发酵菌株,对同步糖化发酵（SSF）工艺进行了优化。结果显示:CSL浓度0 g?L^-1,秸秆和酶的添加量20 FPU?g^-1 AlP-CS,SSF温度37℃,接种量5%(v·v^-1),预水解时间2 h。采用SSF发酵工艺,5 L发酵罐发酵48 h,丁醇的浓度达到12.3 g?L^-1,生产强度达到0.257 g?L^-1?h^-1,分别比单独水解发酵（SHF）高20.6%和21.2%。SSF预处理玉米秸秆的丁醇收率为0.175 g?g^-1预处理秸秆,较SHF(0.116 g?g^-1预处理秸秆)提高50.9%。（5）在SSF发酵基础上,为了进一步简化操作工艺,提出了同步预处理脱毒灭菌（SPDS）工艺,并优化了相关的技术参数。考察了分别在预处理灭菌前后添加活性炭对预处理液脱毒效果的影响,发现灭菌前添加活性炭较预处理（灭菌）后（90℃,1 h）添加效果好。采用H₂SO₄预处理后的秸秆木质素更容易被NaOH浸出。温度越高,浸出木质素含量也越多。酸预处理液和碱预处理液混合前后分别沉淀木质素比较其抑制物含量的变化,发现木质素沉淀的过程会吸附一部分抑制物。进行了预处理液的回收利用研究,分别进行了碱预处理SSF,酸预处理同步脱毒灭菌发酵,和酸碱预处理液混合脱毒发酵,发酵48 h丁醇浓度分别达到8.5 g?L^-1,5.8 g?L^-1和8.8 g?L^-1。