采用生物质炼制技术对木质纤维素类生物质等可再生资源进行综合、高效、合理化利用是应对当前全球资源消费危机的重要方法和手段之一，半纤维素是木质纤维素生物质细胞壁中的一类复杂多糖，可被广泛应用于食品、医药和化学产业。但由于其结构的复杂多样，不易分离和纯化，至今利用效率较低。在传统制浆工艺流程中引入适合的预处理技术，将部分半纤维素和木素分离提取出来，并应用于生产高附加值产品，以提高木质纤维生物质能源的利用率，减少对生态环境的污染，是解决传统化学法制浆造纸企业资源利用率低的有效途径之一，对生物质的资源化利用具有重要意义。本论文使用热水处理使杨木半纤维素在相对温和的条件下分离降解，采用单因素试验分析木片结构和预水解液组分变化，引入木质纤维素双相动力学模型以定量分析聚糖水解的反应速率常数，随后使用酸处理对预水解液进行分离纯化，并采用响应面实验设计法对杨木热水预处理和酸处理条件进行优化，以期为生物质精炼与制浆造纸技术相结合提供技术支持和理论依据。
　　采用不同预处理温度和保温时间对杨木原料进行热水预处理，同时用改良的Saeman双相动力学模型构建了杨木热水预处理液中木糖和葡萄糖的反应动力学方程，通过非线性拟合确定了不同条件下木糖和葡萄糖生成及降解的反应速率常数，由Arrhenius公式线性拟合得出木质纤维素水解反应活化能。实验表明：杨木预水解过程中木聚糖易水解部分活化能Ef=78.35kJ/mol，难水解部分活化能Es=88.97kJ/mol；葡聚糖降解活化能（48.06kJ/mol）低于葡萄糖降解活化能（90.18kJ/mol）。
　　影响木质纤维素类生物质热水处理的主要因素有反应温度、时间和固液比等，只有在适宜的条件下，生物质原料才能得到较高的目标产物产出效率。以热水处理液中总木糖为目标产物，探讨了不同预处理条件对杨木热水处理液中总木糖、乙酸、木素含量以及对杨木片微观结构的影响。利用单因素实验探索处理液中总木糖含量的变化规律，并以处理液中总木糖生成量为指标，采用响应面法优化杨木热水处理条件。实验表明：杨木热水处理对杨木微观结构、结晶度和比表面积都有显著影响，显微CT和SEM观察到木片表面有不规则剥落和微球状木素沉积。响应面法建立的回归模型显示在反应温度172.51℃，保温时间88.14min，固液比1∶6.06时处理液中总木糖含量达到最优值76.54mg/g，此时，木素和乙酸含量分别为34.14mg/g和11.28mg/g。
　　采用酸水解对杨木预水解液进行分离纯化处理，具有操作简便、化学药品用量少的优点。在水解液中加入一定量的硫酸溶液并进行加热处理不仅可以使水解液中的各类复杂的聚糖转化成单糖，同时可使木素在酸性条件下凝聚沉淀。通过单因素试验和响应面法比较了不同酸处理条件对木糖浓度和木素脱除率的影响，对酸水解液中分离的木素进行详细的结构表征，以优化酸处理水解液实验条件。结果表明：酸水解可有效提高预水解液中木糖浓度，并在保证木素主要结构不被破坏的情况下将木素分离出来。最佳的酸处理条件：反应温度113.647℃，保温时间72.831min，硫酸用量3.255wt%。FT-IR，TGA，2D-HSQC NMR表征结果表明，所获得的木素表现出优异的结构，例如大量的β-O-4键，同时具有良好的热稳定性和较高的分子量。