木质纤维素生物质资源替代化石资源具有很好的前景,而这一关键的前提是通过预处理将木质纤维素组分进行有效分离。目前,木质纤维素资源的利用上仍缺乏一种清洁高效的组分分离方法,水热法和乙醇法因其各自对半纤维素和木素的分离具有独特的优势,从而将二者结合有望实现生物质的分级分离,但是水热-乙醇法分级分离技术对木素分离效率较低;因此,本课题采用引入催化剂来提高水热-乙醇法对木素的分离效率,实现三大组分的分级分离,并研究了水热法和乙醇法处理对木素的迁移、分离机理以及固相产物的微观结构变化,具体内容如下:首先对比了无催化及CH3COOH或HCOOH催化下水热法分离麦草半纤维素的影响,然后将其进行乙醇法处理,分别探讨了 HCOOH、H2O2、NaOH催化下乙醇法分离木素的影响,以及揭示了水热和乙醇处理前后固相产物微观结构的变化;结果表明:HCOOH对水热法分离半纤维素的效果较好,在0.3 M的HCOOH、温度170℃、保温时间60 min、固液比1:24 g/mL条件下,半纤维素脱除率达91.8%。水热法处理后,木素通过半纤维素溶出产生的孔隙向纤维表面迁移,以球状沉积在固相产物表面,同时水热固相产物的孔隙率、比表面积和结晶度增大。NaOH催化乙醇法分离木素效果较好,在3%的NaOH、乙醇质量分数55%、温度180℃、保温时间90 min、固液比1:16 g/mL条件下,木素脱除率为69.3%,经乙醇法处理后,仍有大量木素在高温下由玻璃态转变为橡胶态在纤维表面铺展形成致密的包覆层,包覆层木素在乙醇溶液中部分溶解,其余以无规则状吸附在纤维表面。其次,为了更好地分离水热固相产物中木素和纤维素组分,对比了二元催化和无催化乙醇法对木素的分离效果;结果表明:在乙醇质量分数55%、温度180℃、保温时间90 min、固液比1:16 g/mL条件下,二元催化比无催化木素的分离率提高了 48.2%;乙醇法处理更有利于S型木素的溶出,木素分离物是典型的G-S型木素,且乙醇处理过程中木素缩合程度高于水热处理过程;二元催化可以增强乙醇法对木素的降解和溶出,尤其是对β-β、β-5和β-1等木素缩合结构的破坏。二元催化木素分子量、缩合型结构含量以及二元催化粗纤维素的结晶度、表面木素含量均低于无催化。最后,通过醇沉淀处理水热法滤液得到半纤维素,再通过稀释沉淀处理乙醇法滤液得到木素,实现三大组分的分级分离。采用正交试验分别优化水热法和二元催化乙醇法的工艺参数;结果表明:水热法提取半纤维素的最佳工艺参数为温度180℃、保温时间40 min、固液比1:24 g/mL,半纤维素提取率为38.1%;二元催化乙醇法提取木素的最佳工艺参数为乙醇质量分数50%、温度190℃、保温时间90 min、固液比1:16 g/mL,木素提取率为62.7%,纤维素提取率为86.1%;半纤维素分离物的结构以(1,4)-β-D-吡喃式木糖为主链,侧链连接4-O-甲基-α-D-葡萄糖醛酸基、α-L-呋喃式阿拉伯糖基和乙酰基。综上所述,催化水热-乙醇法可以实现麦草三大组分的分级分离,对实现木质纤维素生物质分级分离后分别高值化利用具有积极的意义。