玉米秸秆是一种农业生产副产物,可视为重要的可再生资源。以秸秆为原料生产生物乙醇和丁醇中的关键工艺段之一是酸催化水解秸秆制取可发酵糖过程,其主要的生产成本之一是酸本身的消耗。本研究提出一新工艺路线:以甲酸为催化剂将其中半纤维素水解制取糠醛,用最终发酵产品丁醇或乙醇溶解秸秆剩余(甲酸水解残余物)中的大部分木质素,再以硫酸为催化剂采用两步水解法水解纤维素得到含有葡萄糖的酸水解液。其次用酸阻滞过程分离该酸水解液中的催化剂酸和产物葡萄糖。最后得到的分别含有酸和糖的两股洗脱液用多效膜蒸馏过程深度浓缩同时脱除抑制性杂质。浓缩的酸液可以作为催化剂回用,而提纯浓缩后的糖液用于发酵制取丁醇或乙醇。实验结果表明,使用强碱性阴离子交换树脂的酸阻滞分离过程可以有效地将酸水解液中的糖和酸进行分离,并且硫酸与糖的分离效果好于盐酸与糖的分离效果。当硫酸回收率为92.4%~98.9%时相对应的糖回收率为94.3%~99.2%。回收的脱洗液I(稀硫酸溶液)经多效膜蒸馏等过程的浓缩得以回用。当使用MEMD把2 wt%的硫酸溶液浓缩至30 wt%时,最大的渗透通量和造水比值分别为5.52L/(m2h)和12.00,这相当于传统十五效蒸发器的节能效果。即使硫酸深度浓缩至30 wt%时,渗透通量和造水比仍可达3.80 L/(m2h)和8.16,这相当于传统十效蒸发器的节能效果。同时,当脱洗液II(稀糖溶液)经多效膜蒸馏过程浓缩了20倍,最终糖浓度为497.6 g/L时,渗透通量和造水比的值仍可达2.01 L/(m2h)和7.2,这相当于传统九效蒸发器的节能效果。酸阻滞分离和多效膜蒸馏联合用于秸秆酸水解液的分离浓缩同时具有对糖液脱毒的效果。例如,当糖液浓缩5倍时,多效膜蒸馏对甲酸、乙酸、乙酰丙酸、糠醛、5-羟甲基糠醛和酚类毒性物质的脱除率分别为86%、82%、54%、86%、57%和19%。不能被多效膜蒸馏过程脱除的非挥发性酚类毒性物质已经事先被酸阻滞过程有效脱除。因而关键的糖液脱毒过程已经包含于糖酸分离和糖液浓缩过程中,既简化了生产流程又节约了生产成本。研究结果表明甲酸催化水解半纤维素、最终产品溶剂用于溶解木质素、硫酸催化水解纤维素、阻滞分离拆分酸和糖、多效膜蒸馏深度浓缩酸液和糖液并脱毒的新型联合过程可以有效地用于以玉米秸秆为原料的生物燃料生产中。