生物乙醇对解决能源紧缺和化石能源引起的环境污染问题有重要意义,预处理是生物乙醇工艺的关键步骤,浓磷酸联合过氧化氢(PHP)预处理木质纤维素是一种新型的预处理工艺,具有原料适应性强、乙醇产量高等优点。本文针对PHP预处理工艺中磷酸和过氧化氢发挥的功能和预处理作用机制进行研究,主要研究内容和结果如下:(1)从宏观层次对磷酸和过氧化氢的功能进行研究,设置不同的预处理烈度水平和不同的磷酸-过氧化氢配比,对小麦秸秆和玉米秸秆进行预处理,比较磷酸-过氧化氢配比的改变对半纤维素去除率和木质素去除率的影响。结果表明,PHP预处理可以完全去除小麦秸秆和玉米秸秆组分中的半纤维素,最大木质素去除率分别为83.5%和90.0%。磷酸对半纤维素脱除作用起到主要调控功能,随着磷酸浓度提高,半纤维素去除率增大。木质素脱除作用调控主要呈现两种情况:当预处理烈度较低时,木质素去除率随磷酸浓度提高而增大;当预处理烈度较高,磷酸-过氧化氢配比为65%-7.1%时木质素去除率达到同等烈度水平下的最大值。其次,发现磷酸和过氧化氢对木质素的脱除存在协同作用,木质素脱除作用和半纤维素脱除作用间存在一定关联。(2)从微观层次对磷酸和过氧化氢的功能进行研究,对PHP预处理生物质的降解产物进行了分析。结果发现,降解产物中含有大量小分子羧酸和芳香族化合物,生物质在PHP预处理过程中发生了强烈的化学降解作用。在降解产物中发现了过氧乙酸,过氧乙酸在预处理体系中对木质素发挥了氧化开环降解功能,并且参与对木质素脱除作用的调控。(3)利用组分模型物对过氧乙酸的形成途径以及半纤维素和木质素的降解机制进行了研究。结果表明,木质纤维素生物质在降解过程中产生了乙酸,乙酸和过氧化氢反应形成过氧乙酸。PHP预处理体系中屏障组分降解机制:半纤维素由于磷酸的酸水解作用发生降解,产生乙酸,乙酸和过氧化氢反应形成过氧乙酸;过氧乙酸对木质素发挥了选择性氧化开环降解功能,使生物质中大部分木质素被降解,木质素的降解产物中含有乙酸,乙酸继续和过氧化氢反应形成过氧乙酸,推动过氧乙酸的形成与降解反应持续进行;同时过氧乙酸会攻击半纤维素及其降解产物,促进半纤维素的降解。在PHP预处理体系中,磷酸降解半纤维素,过氧化氢参与过氧乙酸的形成反应,过氧乙酸降解木质素。本文为预处理木质纤维素工艺各组分降解机制以及化学品在预处理体系中发挥的功能提供新的信息。