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生物燃料正在转向以木质纤维素为主的第二代生物燃料。但是木质纤维素具有极强的顽抗特性,需要预处理以实现木质纤维素的解构,制备出适合于纤维素酶降解产糖的底物。蒸汽爆破作为一种常用的预处理手段,具有处理效果显著且能耗低的特点。而瞬间弹射蒸汽爆破(Instant Catapult Steam Explosion,ICSE),不同于传统的蒸汽爆破过程,其爆破时间更短仅为0.0875 s,接近于真实爆破过程,能够极大的改善木质纤维素的处理效果。本文以ICSE为平台以期望探究出一种绿色、高效且低成本的预处理方案。1.采用响应面法分析并优化ICSE预处理玉米秸秆的关键参数,并分析处理前后物料的结构特征,以获取ICSE处理的作用机理。以纤维素酶降解后的糖收率为响应值,探究了汽爆压强、维压时间以及填料量三个因素的作用关系。分析并获得了一个二阶线性方程模型,R2达到0.8756能够较好的拟合实验值。获取的最优条件为汽爆压强3.5MPa、维压时间50 s和填料量60 g,此时糖收率达到54.37%,相比于未处理物料提高了1.88倍。采用扫描电镜,X射线衍射以及傅里叶红外光谱对处理前后的物料进行结构分析,发现ICSE处理后的物料结晶度明显降低、颗粒减小、相应的可及度提高同时半纤维素组分明显降低。2.利用ICSE预处理干湿物料,对比不同物料处理前后的组分和酶解,以评估物料含水率对ICSE处理的影响。选取甘薯的废弃物甘薯秧为原料进行预处理,在处理条件为汽爆压强2.5 MPa,维压时间90 s以及填料量40 g下,利用ICSE处理具有不同含水率的物料包括新鲜物料,绝干物料以及浸泡吸水物料。结果表明,经ICSE处理后,相比于绝干和浸泡吸水的物料,新鲜物料组分变化更为显著,处理后物料中含有的抑制物更少,且经纤维素酶解后的糖收率达到了88%,相比于未处理的新鲜物料提高了2.6倍。比绝干物料处理后的糖收率56%,提高了30%,说明ICSE过程倾向于处理新鲜含水物料而不是绝干物料,基于上述分析,提出了两种基于ICSE的预处理策略。3.对比和评估ICSE和研磨过程所得物料对于化学预处理的影响,提出了基于ICSE的新型化学法预处理策略。采用稀酸,稀碱,酸碱联用,有机溶剂以及离子液体分别处理原始玉米秸秆(R-feedstock),研磨玉米秸秆(M-feedstock)和ICSE处理玉米秸秆(I-feedstock)。相比于M-feedstock和R-feedstock,化学试剂倾向于处理I-feedstock,其中半纤维素组分去除率达到40%～60%,处理I-feedstock后的物料糖收率均得到显著提高,其中离子液体处理I-feedstock后的糖收率比M-feedstock提高了7.12倍,达到了60.04%。较少的半纤维素含量有助于化学法,葡萄糖和木糖收率提高显著。能量消耗分析表明获取I-feedstock的能量消耗是获取M-feedstock的5%-10%不等。因此,ICSE过程相比于研磨预处理对于物料组分影响更为显著,糖收率的提升效果明显,而能量消耗更少,因此更适合木质纤维素的化学预处理。4.基于酶解,组分和结构分析,探究了离子液体的组成与木质纤维素种类对于预处理效果的相互影响。选取三种离子液体：氯化1-丁基-3-甲基咪唑([Bmim]Cl)、溴化1-丁基-3-甲基咪唑([Bmim]Br)以及氯化1-辛基-3-甲基咪唑([Omim]Cl),对油料作物木质纤维素部分：花生秸秆、花生壳以及油菜秸秆进行了预处理,对处理前后的物料进行了组分、酶解产糖以及结构分析。原料经酶解后,花生秸秆的产糖率最高(54.31%),且木质素含量最低,表明其更利于生物燃料的生产。三种离子液体中[Bmim]Cl预处理效果最好,产糖率最高可达85.43%(花生秸秆)。结构分析表明：花生秸秆表面最不完整,结构松散,结晶区域少。经离子液体处理后,所有物料均变得疏松多孔,表面粗糙,提高了物料的可及度。在此基础上,分析阴阳离子对于木质纤维素的溶解过程,发现氯离子和[Bmim]+对于纤维素的溶解影响最显著。