我国是一个农业大国，每年会产生大量的农业秸秆，但是大部分都被直接回填到田中或者在田间烧掉，只有少部分被用做饲料喂养牲畜和作为造纸原料。而随着化石能源储量的逐步减少以及人们对化石能源燃烧后产生的有害气体对环境造成的危害的认识，同时为了找到一种替代化石能源的清洁、可再生的能源，很多的研究将注意力集中到了可再生的生物质上。木质纤维素生物质的利用可以分为直接转化和间接转化。在直接转化的过程中木质纤维生物质不经过分离、全组分转化为工业产品，比如通过热解，气化、液化将生物质转化为燃料，生物油等。如果想从生物质中得到高附加值的化学品就有必要在转化之前对其进行预处理，将其分离成为纤维素、半纤维素和木素。预处理使得生物质的利用率大大提高，而且更利于后期的分离和纯化。因此生物质的高效、清洁预处理成为生物质炼制的第一个要解决的难题。对此我们提出了一个新型的生物质预处理工艺——活性氧蒸煮工艺。本文用玉米秆作为原料，用活性氧（氧气和过氧化氢）作为化学品对玉米秆进行处理，探讨了这个过程中半纤维素结构的变化和活性氧在蒸煮过程中作用的机理。首先在最优的蒸煮条件下（温度：165°C；氧气压力：1.0MPa；过氧化氢用量：3%（基于绝干原料）；液比：1:6；MgO用量：15%（基于绝干原料））对玉米秆进行蒸煮，通过分离原料、浆和黄液中的半纤维素，用各种分析手段表征了半纤维素的结构变化，发现玉米秆的半纤维素结构是聚阿拉伯糖木糖，此外还有一些乙酰基和葡萄糖醛酸。半纤维素的糖苷键在蒸煮过程中被严重破坏，乙酰基也在蒸煮过程中发生了水解。为了更好了理解半纤维素在蒸煮黄液中的分布情况，用1，2，3，5和7体积的乙醇分级沉淀了黄液中的半纤维素。通过分析发现用1体积乙醇沉淀出的占总量5.3%的半纤维素分子量是24824g/mol，两体积乙醇沉淀出来的占总量15.63%半纤维素的分子量仅为4574g/mol，剩下的半纤维素的分子量都在2500g/mol左右。而且随着乙醇浓度的增加，分离出来的半纤维素组分所含的杂质越来越多。在最终的残液中还有29.61%的固形物，主要是一些木素的降解产物。在研究活性氧蒸煮工艺中各个主要的化学品对于蒸煮过程中的影响中，我们设计了不同的活性氧蒸煮工艺。通过比较发现足量的MgO能够防止碳水化合物的降解，此外Mg（OH）₂能够起到与MgO相同的作用，可以取代MgO，而用NaOH替代MgO，虽然能取得比较好的蒸煮效果，但是纤维素发生了严重降解。从蒸煮效果上来看，在活性氧蒸煮过程中，氧气是主要脱木素和半纤维素的试剂，过氧化氢对于木素的脱除能起到一定的作用，但是过氧化氢与氧气同时添加时，过氧化氢的脱木素效果可以被忽略。在蒸煮过程中将支链比较多的半纤维素溶出，而将支链比较少的半纤维素留在浆中。在研究半纤维素在不同保温时间下的脱除效果中发现蒸煮过程中半纤维素和木素的溶出主要在蒸煮的升温阶段和蒸煮保温半小时的这个时间段中，其溶出率分别达到67.87%和75.6%，而在剩下的保温时间中，半纤维素和木素的脱除很少，这个过程主要是纤维发生纤维化的过程。半纤维的分子量随着蒸煮时间的延长从保温时的19643g/mol下降到了蒸煮结束时的5471g/mol，半纤维素被溶解在黄液中之后糖苷键被严重破坏。此外蒸煮过程中也会有己烯糖醛酸的产生。通过前面的分析对活性氧蒸煮过程中半纤维素的溶出和结构的变化提出一些可能的机理。MgO在蒸煮液中的碱性和Mg²⁺的保护作用是分子氧能够用作蒸煮的首要条件。蒸煮过程中热水抽提和MgO的碱性对半纤维素的水解是半纤维素溶出的主要途径，氧气对木素的溶出也能加速半纤维素的溶出，此外半纤维素的主链还会发生碱性降解使半纤维素的分子量降低而且还会生成一些低分子物质。