自水解是利用水作为介质,水解、转化木质纤维中化学成分的方法,是理想的绿色生物炼制方法。水解强度对杨木自水解化学反应、聚集态有重要的影响,正确认识其影响规律对杨木绿色生物炼制极为重要。温度在沸点以上临界点以下的水为亚临界水,其物理化学性质具有可调节性,随着温度的升高,水的传质性能和离子积增大,且有着向有机溶剂特性转变的趋势。高温液态水属于亚临界水,有着良好的物理化学性质且便于调控,对工业生物炼制具有实用价值。揭示自水解过程木质纤维生物质化学反应变化规律和聚集态的行为、构建P-因子和化学组分脱除的调控关系,为木质纤维生物质绿色生物炼制提供理论基础和技术支持,对绿色生物炼制工业具有重要意义。本研究以杨木木粉为原料,研究了自水解温度从160 oC至180 oC、时间在0 min至120 min条件下的自水解特征,揭示了自水解残余物和自水解液中化学组分及结构变化的规律及聚集态的变化行为,建立了P-因子与不同化学组分脱除率之间的关系,为以水为介质的杨木绿色生物炼制提供了基础理论和工艺指导。研究的主要结论如下:1、水解强度对体系pH值、水解率、固含量都有显著影响。随着水解强度的变化,自水解体系pH值在160 oC、170 oC和180 oC三种温度下都呈现快速下降阶段（45 min之前）和慢速下降阶段（45 min之后）,最低分别可降至3.9、3.8和3.6。水解率和固含量在160oC和170 oC时均呈现先快速上升而后缓慢上升的规律,最高分别达到48%和42.5 g/L。180oC反应40 min之前,水解率和固含量分别快速上升至44%和27.9 g/L,40 min之后水解率继续缓慢上升至48%,固含量却快速下降至17.5 g/L,部分产物发生了转化。2、水解强度决定碳水化合物的水解程度。当温度为160 oC时,自水解液中的还原糖浓度随反应延长匀速增加至5.4 g/L。170 oC反应60 min之后,还原糖浓度从5.7 g/L迅速上升,在90 min时达到12.2 g/L,并在之后趋于平衡。180 oC反应60 min之后,降解的单糖大量转化成糠醛,还原糖浓度从11.8 g/L迅速降低至7.1 g/L（120 min）,此时约有40%的单糖发生转化,糠醛浓度为2.7 g/L;五碳糖的脱除可分为慢速脱除、快速脱除和平衡脱除三个阶段,提高温度可以使慢速脱除阶段在升温过程中完成,促使单糖的脱除在反应温度高于170 oC时只存在快速脱除和平衡脱除两个阶段。阿拉伯糖比鼠李糖容易脱除,都在平衡脱除阶段中几乎完全脱除,同样条件下,木糖的脱除率最高达到91%;六碳糖的脱除规律不同于五碳糖,其中甘露糖和葡萄糖在三种温度下只呈现快速脱除和慢速脱除两个阶段的变化,最大脱除率分别只有58%和37%。半乳糖和五碳糖脱除规律相似,最大脱除率达到95%。这些碳水化合物的脱除决定了纤维聚集态的变化。自水解前期,半纤维素的脱除使自水解残余物结晶度和聚合度上升。当自水解反应60 min之前且半纤维素的脱除在20%至65%时,自水解主要发生在纤维的无定形区,结晶度和半纤维素脱除成正比关系增长,聚合度保持不变。当自水解反应60 min之后,自水解残余物中半纤维素含量变少,结晶度和聚合度主要由纤维素所决定。3、水解强度对木质素的脱除有极大影响。木质素的脱除在160 oC、170 oC和180 oC三种温度下都可分为快速脱除段（60 min之前）和平衡脱除阶段（60 min之后）,最高脱除率分别达到42%、46%和53%,其中酸溶木质素比klason木质素脱除的更多。木质素在170oC的平衡脱除阶段中更易缩合吸附在原料表面,其脱除率出现局部下降的趋势;180 oC反应30 min可以使45.9%的木质素脱除,其中酸溶木质素主要发生转化反应,klason木质素主要发生缩合反应。待体系降至75 oC时分离自水解残余物和自水解液,此条件下只有3.6%的木质素溶解在自水解液中,溶解的木质素随着温度的降低继续缩合,大部分以木质素碳水化合物复合体的形式沉淀出来;自水解更容易将原料中的G型和H型木质素切断,两者切断容易程度基本一致。水解液中的木质素大多是缩合型木质素,其分子量达到27923,多分散性为2.67,和糖类物质连接紧密,其热稳定性降低显著。4、水解强度对苯醇抽出物的影响极大。苯醇抽出物变化率在160 oC、170 oC和180 oC三种不同温度下都呈现两个阶段的变化:反应90 min之前为第一阶段,苯醇抽出物变化率分别匀速增加至158%、227%、330%;90 min之后为第二阶段,当温度为160 oC和170 oC时,苯醇抽出物变化率缓慢上升,分别达到154%、234%,当温度为180 oC时,苯醇抽出物变化率开始下降至303%。水解过程苯醇抽出物的显著变化现象需要进一步研究。5、水解强度对纤维聚集态影响很大。随着水解强度的增加,原料结晶度不断上升,反应温度为160 oC和170 oC时,保温120 min可以使结晶度从43%（原料）分别上升至64%和66%。当温度为180 oC,反应30 min之前,结晶度从60%快速增加至69%,60 min之后为平衡阶段,结晶度基本保持不变,但90 min之后,结晶度有缓慢下降的趋势,部分纤维素发生水解,值得进一步研究。水解强度对纤维聚合度影响很大,不同温度之间存在较大差异性。160 oC反应60 min时,聚合度从568（原料）缓慢上升至867;60 min之后又缓慢下降。170 oC反应30 min时,聚合度缓慢上升至842;30 min之后,聚合度开始下降,在120 min之后有平衡的趋势。升温至180 oC开始保温后,聚合度从820下降,在60 min时达到最低,之后和170 oC有相同的趋势,都约为410。6、P-因子对水解率、pH值、综纤维素、五碳糖、糠醛都有很好的调控性。其中水解率、pH值、综纤维素和五碳糖可分为快速脱除阶段和慢速脱除阶段。快速脱除阶段中,水解率（P-因子小于1000）和综纤维素脱除率（P-因子小于500）分别达到42%和43%,pH值（P-因子小于500）达到3.9,鼠李糖、阿拉伯糖、木糖脱除率（P-因子分别小于700、400、1000）分别达89%、97%和80%。慢速阶段中,P-因子为2816时,水解率和综纤维素脱除率分别达到47%和54%,pH值达到3.6,鼠李糖和阿拉伯糖可几乎全部脱除,木糖脱除率最高为91%;糠醛的产生可分为P-因子小于600的慢速阶段（浓度达到0.4 g/L）、P-因子在600至1300之间的快速阶段（浓度达到1.0 g/L）以及P-因子大于1300的加速阶段（浓度达到2.7 g/L）。