为了解决化石燃料过度使用产生的环境问题,以及缓解化石资源的日益短缺与由于经济增长对能源需求增长的矛盾,寻找新的化石资源的可替代能源势在必行。木质纤维素类生物质因分布广、含量大、成本低、可再生受到各国研究者的广泛关注。该类生物质含有丰富的多糖类物质(纤维素和半纤维素),将多糖类水解转化成单糖,建立糖分子平台,以此平台为基础,进一步转化为生物燃料以及高附加值生物基化学品,是生物质转化利用的主要途径之一。由于生物质结构复杂,尤其是组分中木质素的存在,使得纤维素难以高效酶解。要想高效利用纤维素,对生物质进行预处理解除木质素阻碍作用是十分必要的。但传统的木质素脱除方法普遍存在环境污染严重、溶液可回收性差、能耗高、酶用量高等问题,本文以玉米秸秆为原料,采用二氧六环、氨水、对甲基苯磺酸等易回收性的溶剂作为预处理剂,系统研究了酸、碱条件下木质素的脱除规律,考察预处理方法木质素的脱除对酶解性能的影响(以葡萄糖收率作为酶解性能检测指标),希望能克服传统预处理方法的缺点,为糖分子平台的搭建提供一定理论支持。主要研究成果如下:(1)因二氧六环对木质素良好的溶解性能,采用酸性二氧六环脱除木质素,再耦合稀酸对玉米秸秆进行预处理,考察了酸性二氧六环耦合稀酸预处理中,二氧六环与水的体积比、反应温度、反应时间、酸性二氧六环的酸浓度对酶解葡萄糖收率的影响。该方法能显著改善纤维素水解效果,并且随着木质素脱除率增加,酶解纤维素糖收率提高。当酸性二氧六环反应条件在90 ℃、20 min、1wt%HC1二氧六环溶液、二氧六环与水体积比为9:1、料液比1:10 g/mL,盐酸预处理条件为120℃、1wt%HCl、40 min时在3 FPU/g酶用量下得到最佳糖收率,85.3%葡萄糖和79.7%木糖。该方法可显著降低纤维素酶的用量,实现了低酶用量下较高的糖收率。(2)以酸性二氧六环为溶剂成本高,其高效回收比较困难,选用价格低、较易回收氨水作为预处理溶剂,采用稀酸耦合氨水湿法氧化预处理玉米秸秆,考察了氨水浓度、预处理时间、预处理温度、氧气压力对酶解糖收率影响。该方法能显著改善纤维素水解效果,并且随着木质素脱除率增加,酶解纤维素糖收率提高。当HCl预处理条件为120℃、1wt%HCl、40 min;氨水湿法氧化条件130℃、12.6 wt%氨水浓度、3.0 MPa 02、40 min,在3 FPU/g酶用量下得到最佳糖收率,71.5%葡萄糖和82.8%木糖。与相同条件下仅氨水预处理相比,该方法可显著降低纤维素酶的用量,实现了低酶用量下较高的糖收率。该预处理能直观反应木质素的脱除对酶解葡萄糖收率的影响,产生的废液可以相互中和,减少环境污染。(3)氧分子在水中的溶解度较低,反应加压对设备要求较高,因此选用渗透性好、氧化性强的过氧化氢替代氧气即稀酸耦合氨水过氧化氢对玉米秸秆进行预处理。稀酸耦合氨水过氧化氢预处理中,考察了氨水浓度、预处理时间、预处理温度、过氧化氢的用量对酶解糖收率影响,该方法能显著改善纤维素水解效果,并且随着木质素脱除率增加,酶解纤维素糖收率提高。木质素脱除率增加,酶解纤维素糖收率提高。当稀酸预处理条件为:HCl预处理120 ℃、40 min、1wt%HCl、料液比1:10 g/mL;氨水过氧化氢预处理条件为:130 ℃、6%(v/v)过氧化氢用量、58.5%(v/v)的氨水用量、40 min,3 FPU/g酶用量下得到最佳糖收率,68.8%葡萄糖和83.1%木糖,实现了低酶用量下较高的糖收率。(4)上述三种预处理方法可以显著改善纤维素酶解性能,但反应在较高温度下进行,预处理所需能耗较高。对甲基苯磺酸,易回收的有机酸,能够在低于沸水温度迅速有效地脱除木质素。选用对甲基苯磺酸水溶液预处理玉米秸秆,考察了对甲基苯磺酸浓度、反应时间、反应温度对酶解糖收率的影响。该方法能显著改善纤维素水解效果,并且随着木质素脱除率增加,酶解纤维素糖收率提高。在71 wt%对甲基苯磺酸,10 min、80℃,5 FPU/g酶用量下得到最佳糖收率,葡萄糖收率为68.5%。对甲基苯磺酸水溶液能在低温下快速有效地实现纤维素和木质素的分离,并能实现溶剂的循环利用。