预水解是生产溶解浆的重要工段,也是实现生物质能源转化的重要步骤。预水解的主要目的是在保护纤维素的条件下,尽可能脱除植物纤维原料中的半纤维素。论文从水解液及水解固体基质两个方面出发,研究预水解条件对纤维素和半纤维素降解与溶出的影响；通过对竹材表层和内层半纤维素性质的分析,研究传质因素对半纤维素降解的影响；通过对竹材基质表面宏观、微观结构及其组成的分析,探明阻碍半纤维素降解与溶出的制约因素；以竹材综纤维素为模型,分析竹材预水解过程假木质素的生成规律；采用木质素的分离提取方法,分离出水解综纤维素中的假木质素,并分析其物理化学性质。论文的研究结果对竹材溶解浆生产过程预水解及后续蒸煮、漂白工艺的制定提供理论依据；对生物质预处理和酶解工艺的优化具有重要指导意义；水解液中半纤维素及木质素的分析对其进一步的加工利用提供了技术支持。论文分析了水解工艺对竹材水解液组成的影响,对水解液中的半纤维素和木质素进行分离,分析了竹材水解液组分的物理化学性质。提高温度有利于半纤维素组分的溶出,但也加快了糖的分解以及糠醛类产物的生成。温度170℃,时间为90min时,水解液中总木糖的浓度达到最大值,为21g/L。水解液中半纤维素包括水溶性半纤维素和水不溶半纤维素两部分。水解液的浊度主要取决于木质素和不溶半纤维素组分的含量,伴随着半纤维素的降解溶出及木质素的降解及缩合,水解液的浊度先上升后下降,水解至240min时,水解液近乎透明。水解液中溶出的木质素分子量较低,具有较高的反应活性,易发生缩合反应。论文对竹材预水解过程半纤维素的降解和溶出规律进行了研究,分析了竹材预水解过程中传质因素对半纤维素降解和溶出的影响,提出了预水解过程中半纤维素溶出的路径和模型。在水解初期,半纤维素脱除速率较快,提高温度可以显著提高半纤维素的脱除速率,但其脱除量的提高并不显著,半纤维素的脱除率仅能达到60%左右。水解前期,半纤维素降解产生的水溶性组分基本可以溶出,随着水解的进行,固体基质中剩余半纤维素的水溶性成分增加。水解时间由90min延长至240min,水解固体基质中的水溶性成分从5%增加至15%。水解初期,半纤维素分子量在内表层的差别不大。随着反应的进行,传质阻力的增加将水溶性半纤维素封闭在竹片内部,从而使表层半纤维素的分子量高于内部半纤维素的分子量；水解至90min时,表层半纤维素的Mw和Mn分别高内层半纤维素Mw和Mn13.5%和21.5%。半纤维素的脱除是降解和扩散的综合结果。高温条件下半纤维素降解产物的扩散迁移或水解成低分子水溶性产物是半纤维素脱除的主要路径。分析了在水解过程中竹材纤维素晶体结构的变化以及降解和溶出行为,研究了竹材纤维素的水解动力学。当水解温度高于150℃时,纤维素才开始降解；在水解过程中,低分子量的纤维素首先降解,低分子量纤维素的降解和溶出使其Mw和Mn先略上升后再下降；当半纤维素的脱除率达到极限值后,纤维素开始剧烈降解。为了得到较高得率及较高聚合度的纤维素,水解温度应控制在170℃以下,水解时间控制在90min以内。水解过程中,纤维素的结晶结构保持不变,为Ⅰ型,但其结晶度和晶面尺寸随着水解程度的提高而增加,部分不稳定的Ia及次晶会向稳定的Iβ转变。纤维素水解动力学属于零级反应动力学,在此条件下纤维素水解活化能为121.0kJ/mol。分析了水解过程中竹材表面的宏观和微观性质,分析了影响竹材半纤维素降解和溶出的因素,研究了低剂量电子辐照处理对竹材预水解后纤维素和半纤维素的影响。在水解初期,竹材表面微观形貌变化不大。当水解时间超过60min后,竹材表面出现木质素微球。随着水解的进行,微球不断增大、增多且融合成片状附着在竹材表面,最终在竹材表面上逐渐覆盖一层木质素涂层,疏水性木质素涂层的存在会减缓水分子的渗透,影响竹片内部半纤维素降解小分子的扩散与迁移。对竹片进行0-50kGy电子辐照处理,竹材纤维素的降解优先发生在纤维素的无定形区,纤维素结晶区比较稳定。低剂量电子辐照对纤维素的降解作用会促进竹材预水解过程中半纤维素的降解和溶出。探讨了竹材水解固体基质中木质素含量的测定方法；以竹材综纤维素为模型物,分析竹材水解过程中假木质素的形成,分析了假木质素的结构和性质。苯醇抽提会将一部分降解的的木质素除去,从而使Klason木素和酸溶木素分别下降10～35%和15-75%。为排除苯醇抽提对木质素含量测定造成的影响,论文提出了不使用苯醇抽提的木质素测量新方法。综纤维素在水解过程中其表面逐渐出现微球,木质素含量不断提高；水解过程中,综纤维素C1含量略有下降后逐渐增加,O/C略有上升后下降。水解至240min时,综纤维素O/C从0.68下降至0.54。与原本木质素相比,假木质素结构中含有更多的脂环族和羟基。与原本木质素羟基或醚键大部分直接与苯环相联相比,假木质素中O更多以脂肪族OH或醚键形式存在。水解的进行会促使假木质素C1含量提高,而C2含量和O/C下降。水解从150min进行至240min,假木质素的O/C从0.35降低至0.24。在水解过程中,假木质素结构中的脂肪族结构会减少,而芳香结构则会提高。假木质素的Mw和Mn会随着水解进行不断增加,而且Mn增加的更为显著。