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利用木质纤维素合成燃料乙醇因具有显著的环境及资源优势而成为重点发展的产业路线,但木质纤维素难降解的特性是制约该产业发展的核心因素。木质纤维素的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素,纤维素被木质素和半纤维素所包埋,这种复杂的空间结构阻碍了微生物或酶对纤维素的降解作用,从而造成了其不能被应用。预处理可以破坏这种复杂的结构,从而提高木质纤维素的利用效率。本研究采用物理法、化学法及离子液体预处理法对玉米秸秆和沙柳进行预处理,以期提高这些木质纤维素到燃料乙醇的转化率。首先,考察高温常压、高温高压、高静压、超声波及机械粉碎等物理预处理方法对玉米秸秆和沙柳产乙醇的影响。研究结果表明:高温常压法处理效果优于其他四种方法。玉米秸秆经高温常压法(固液比1:10,120 min,80℃)处理后,与未处理的相比纤维素降解率提高了12%,半纤维素降解率提高了14%,乙醇产量提高了21%;沙柳经高温常压法(固液比1:30,120 min,80℃)处理后,与未处理的相比纤维素降解率提高了9%,半纤维素降解率提高了13%,乙醇产量提高了17%;X-衍射(XRD)分析结果表明,由于木质纤维素中无定形区无序物质的脱除,纤维素结晶度增大,处理后的玉米秸秆和沙柳的结晶度分别提高了11.7%和8.2%;傅里叶红外(FT-IR)分析表明,处理后的玉米秸秆和沙柳特征吸收峰并无明显变化;扫描电镜观察(SEM)表明处理后玉米秸秆和沙柳的表面出现明显裂纹。其次,考察了稀硫酸和氢氧化钠这两种化学方法对玉米秸秆和沙柳产乙醇的影响。研究结果表明:氢氧化钠预处理效果优于稀硫酸。玉米秸秆和沙柳的氢氧化钠预处理法的最优条件均为:时间180 min,固液比1:10,氢氧化钠质量分数10.0%,温度80℃,在此条件下,与未处理的玉米秸秆相比,纤维素降解率提高了49%,半纤维素降解率提高了160%,乙醇产量提高了92%;沙柳被处理后,与未处理的相比,纤维素降解率提高了48%,半纤维素降解率提高了100%,乙醇产量提高了75%;XRD的分析结果表明,与未处理的相比玉米秸秆和沙柳的结晶度分别提高了29%和25%;FT-IR分析表明,与木质素和半纤维素相关的特征吸收峰的吸收强度明显减弱;SEM分析表明处理后玉米秸秆和沙柳表面结构呈疏松、卷曲状。最后,研究了不同种类的离子液体对玉米秸秆和沙柳产乙醇的影响。研究结果表明:离子液体[Emim][DEP]对玉米秸秆和沙柳的预处理效果优于[Emim]Ac、[Bmim]Cl及[Bhy][HSO4]。对[Emim][DEP]进一步研究发现,50%的[Emim][DEP]与50%的水混合,处理时间24 h,温度100℃,对玉米秸秆和沙柳的预处理效果最好。玉米秸秆经上述条件处理后,与未处理的相比,纤维素降解率提高了44%,半纤维素降解率提高了45%,乙醇产量提高了75%;沙柳在同样条件下处理后,与未处理的相比,纤维素降解率提高了38%,半纤维素降解率提高了48%,乙醇产量提高了53%。XRD的分析结果表明,因离子液体对纤维素的溶解作用,致使木质纤维素结晶度下降,与未处理的相比玉米秸秆和沙柳的结晶度分别降低了43%和39%;FT-IR分析表明,玉米秸秆和沙柳在离子液体处理前后的特征吸收峰变化不明显,离子液体处理后无新的化学基团和功能性基团产生;SEM分析表明处理后玉米秸秆和沙柳表面凹凸不平,并出现碎片。综上所述,氢氧化钠预处理法效果优于离子液体预处理法优于高温常压法。氢氧化钠预处理法,成本较低,但易腐蚀设备,污染环境;离子液体预处理法,能有效地避免环境污染,设备要求高等问题,但成本高。因此本研究综合考虑离子液体为最优的预处理法。