木质纤维素作为一种极具潜力的生物质能源,可水解产生单糖,从而降低对化石能源的依赖。为了强化木质纤维素酶水解过程,本文使用四丁基氢氧化铵(TBAOH)和四甲基氢氧化铵(TMAOH)两种离子液体的水溶液,分别对玉米秆和玉米芯两种原料进行预处理。首先,以预处理后所得残渣的酶水解糖收率作为评价指标,考察了预处理温度(20-80°C)、离子液体水溶液浓度(10-40wt%)、预处理时间(5-80 min)和液固比(3-8,wt/wt)四个操作参数对预处理效果的影响,并得到最佳预处理条件。对于玉米秆原料,TBAOH和TMAOH水溶液预处理的最佳预处理条件分别为:预处理温度20°C、TBAOH水溶液浓度30%、时间20 min、液固比5和预处理温度20°C、TMAOH水溶液浓度10%、时间60 min、液固比5。对应条件预处理后,所得酶水解糖收率分别为68.2%和72.6%,与玉米秆未预处理直接酶水解糖收率17.7%相比有非常显著的提升,约为其4倍。对于玉米芯原料,两种水溶液预处理的最佳预处理条件则分别为:预处理温度30°C、TBAOH水溶液浓度20%、时间60 min、液固比5和预处理温度20°C、TMAOH水溶液浓度10%、时间60 min、液固比5。对应条件预处理后,所得酶水解糖收率分别为88.9%和92.2%,与玉米芯未预处理直接酶水解糖收率32.4%相比有非常显著的提升,约为其3倍。然后,通过HPLC、FTIR、XRD和SEM四种表征手段,对预处理前后样品的各组分含量、官能团、晶体结构和表面形貌分别进行了分析。结果表明,经TBAOH和TMAOH水溶液预处理后,玉米秆和玉米芯原料中的半纤维素和木质素被显著去除,而纤维素则未被溶解得以纯化;同时,原料的致密结构被破坏,纤维素暴露程度增加。最后,综合酶水解实验和表征分析的结果,本文阐明了预处理机理:预处理过程中,溶液中阳离子及其结合水形成的水合物和阴离子氢氧根的强碱性共同作用,木质纤维素原料中的半纤维素和木质素被去除或降解,破坏了原料的复杂三维结构。由于预处理后木质纤维素微观结构的破坏,纤维素可及度显著增加,从而促进酶水解过程,进而提高了酶水解糖收率。