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现代生物炼制以木质纤维素作为原料,然而天然的木质纤维素酶解效率低,开发新型高效的预处理方法以提高原始物料的糖转化率,是推动生物炼制全面、协调、可持续发展的必然途径。1.分析木质纤维素的组分特点,对比不同预处理方法对木质纤维素的影响。选取4种典型的木质纤维素物料花生秧、小麦秸秆、木薯秸秆和菊芋秸秆,对其进行组分含量分析测试,选择菊芋秸秆作为后续进行研究的物料。使用稀酸预处理(Acid Pretreatment,ACP)、稀碱预处理(Alkali Pretreatment,ALP)、碱石灰预处理(Soda Lime Pretreatment,SLP)、离子液体预处理(Ionic Liquid Pretreatment,ILP)和瞬间弹射蒸汽爆破预处理(Instant Catapult Steam Explosion Pretreatment,ICSE)5种方法分别处理菊芋秸秆,对比分析物料经不同处理后组分含量的变化,并进一步研究不同预处理方法对木质纤维素酶解效率的提升。结果表明,ALP处理物料后,纤维素含量最高且木质素含量最低,分别为57.74%和8.23%。半纤维素组分能够被ACP和ICSE处理明显地去除,去除率分别为64.01%以及27.88%。ALP能够显著提升物料的酶解糖收率,可达到46.39%,ACP处理后物料的酶解糖收率最低,为21.39%。2.考察瞬间弹射蒸汽爆破增强离子液体对水稻秸秆的预处理效果。选取具有组分分离效果的离子液体1-乙基-3-甲基咪唑氯盐([Emim]Cl),并联用ICSE对水稻秸秆进行预处理。离子液体导致了组分的重排,使纤维素更多地暴露于物料表面,同时减弱了木质素对纤维素紧密交联的程度。ICSE的使用提升了离子液体的预处理效果,酶解糖收率比单纯使用离子液体升高了13.14%,其中ICSE联用[Emim]Cl的糖收率最高达80.87%。采用SEM和TGA进行物料结构分析,证实了ICSE联用离子液体有助于破坏物料的致密结构,使无定形区得以增加,促进纤维素酶对物料的可及度,从而提高了酶解糖收率。3.三种离子液体分别结合瞬间弹射蒸汽爆破处理水稻秸秆的机理分析。使用ICSE结合3种不同的离子液体处理水稻秸秆,通过形貌结构、化学组分、结晶指数、热力学稳定性以及酶解过程对不同处理方法的特点进行研究。结果表明,离子液体能有效地对木质纤维素的各组分进行分离,其中1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([Emim]Ac)处理后的物料较原始物料的酶解糖收率提升了70.35%。ICSE能使物料的结构变得松散,有助于离子液体进一步溶解物料;相比单纯使用离子液体进行处理,ICSE的联用分别将酶解糖收率提升了73.38%([Emim]Cl)和74.01%([Bmim]Cl)。多种表征手段的使用证实了物料的结构变化。