随着石油资源的日益枯竭和环境污染的日益加重,为了有效解决能源危机、温室效应和大气环境污染等问题,寻找一种绿色可持续能源代替化石能源成为全世界迫在眉睫的要务。党的十八大以来,习近平总书记提出“绿水青山就是金山银山”的科学论断,大气污染治理是生态环境保护的重要内容之一。我国是农业大国,每年剩余的农作物秸秆在秋冬季节大部分进行焚烧处理,增加区域性雾霾天气发生的可能性。利用丰富的、可再生的木质纤维素原料生产纤维素燃料乙醇,不但可以解决能源的需求,还可以保护环境。本文通过对玉米秸秆纤维素原料的预处理技术、五碳糖六碳糖共发酵技术、纤维素乙醇工程化技术开发和副产物综合利用等内容进行研究,主要的工作如下:1、研究了不同预处理方法对玉米秸秆的处理效果,探讨了不同预处理工艺对物料化学组分、形貌、纤维长度、BET比表面积和孔径的影响,并对不同预处理工艺技术进行了初步评价。一步爆破法具有一定的破坏作用,纤维表面也出现了一些剥落和孔洞,但就纤维外观尺度和纤维长度的变化来看,与原料相比并没有显著降低。“爆破+稀酸蒸煮”两步法使样品的尺度发生了显著变化,纤维断裂、长度变短,纤维表面孔洞增多、孔径增大、比表面积增加。虽然稀酸蒸煮处理有助于降低纤维尺度,增大物料的孔隙率和比表面积,但是存在严重的设备腐蚀问题且处理时间较长。搓丝机械前处理可以显著的降低纤维细胞的长度、促进纤维细胞断裂和分丝帚化,进而增大纤维的比表面积,提高酶的可及度,增加酶处理效果。最后,对“搓丝+爆破”处理样品的酶水解特性进行了分析。2、通过流加扩培实验来确定C5酵母发酵的条件,发现与葡萄糖,玉米液化醪相比,稀释后玉米糖化醪扩培种子无论一级二级发酵活性都较好。进一步研究了不同接种量的影响,高接种量木糖利用率高,但乙酸含量较高,不利于C5酵母发酵,发现添加YEP的实验组比添加玉米浆和无机盐的实验组糖醇转化率提高更加明显。并选用青霉素作为抗菌剂,在NBS全自动发酵罐进行发酵,研究p H、营养、溶氧三个单因素对木糖、葡萄糖共发酵的影响。3、基于纤维素酶解液在发酵过程中形成的代谢产物所涉及的物系中含有的水、醇、醛、酯、酸等均为极性组分,确定了纤维素燃料乙醇专用物性集及热力学方法包和组分分离次序,借助Aspen Plus开发全流程计算机模拟,为工艺流程的设计与优化提供了强有力的研究手段。本章将采用以木质纤维素原料玉米秸秆制燃料乙醇为研究对象,对精馏流程进行模拟,进行万吨级纤维素乙醇工艺包开发的研究并对影响燃料乙醇酸值的因素进行分析。本章的研究结果对纤维素乙醇生产过程的技术经济评价及工程化设计具有一定的指导价值和意义。4、以玉米秸秆乙醇发酵残渣中含有大量木素和二氧化硅为原料,运用比表面积、红外光谱、扫描电镜和热重分析了木素-二氧化硅复合物结构。木素-二氧化硅复合表面展现出良好的吸附亚甲基蓝性能,与亚甲基蓝分子之间的π-π相互作用以及静电引力都影响着材料对的吸附性能。利用玉米秸秆乙醇发酵残渣制备的木素-二氧化硅复合多孔材料吸附染料废水的操作简单、原料廉价,更重要的是吸附效果良好。因而,木素-二氧化硅复合多孔材料可以作为一种有效脱除染料废水的廉价吸附剂。5、借助计算机模拟,为工艺流程的设计与优化提供了强有力的研究手段。以纤维素乙醇中试流程为基础,建立了纤维素燃料乙醇流程数学模型。通过模拟结果可以对纤维素乙醇的生产过程进行物料和能量的严格衡算,也可对多种方案进行评估及优化,既节省了大量的人力和物力资源,也对今后技术的开发和改进有指导意义。