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开发生物质升级技术及功能化技术是实现生物质增值利用的有效途径。生物质含丰富的纤维素、半纤维素、木质素、淀粉、糖等有机物,可作为材料前驱体制备功能材料。利用生物质预处理技术及生物精炼技术对典型生物质的纤维素组分进行分离和升级制备细菌纤维素,并将生物质纤维素用于制备高性能生物基纤维、生物基运动传感器和生物基超疏水气凝胶。主要研究结论如下:（1）浓磷酸联合过氧化氢（PHP）法可在温和条件下实现生物质解构和屏障组分去除。经PHP处理后小麦秸秆半纤维素被100%去除,木质素去除率高达78.46%,而分离纤维素含量为70.27%,且分离纤维素结晶度增大、热稳定性提高。分离纤维素的回收率及纯度受PHP处理时间、处理温度和H3PO4/H2O2配比影响显著。在低温/高H3PO4浓度下纤维素回收率高但木质素残余较多;高温/低H3PO4浓度下木质素去除率高但纤维素回收率较低。脱除木质素有助于解构木质基生物质并提高纤维素分离效率。延长处理时间或提高温度均会显著增强半纤维素、木质素的去除率,但会导致纤维素回收率降低。PHP体系中H3PO4会首先润胀纤维素骨架;半纤维素被快速水解成单糖并被氧化降解并生成乙酸、甲酸等小分子有机酸;新生成的酸与H2O2反应生成氧化能力更强的过氧乙酸或过氧甲酸并导致木质素的开环降解。（2）提高H3PO4浓度和温度会降低分离纤维素的聚合度（DP）。残余木质素越少则分离纤维素的溶解性越好,纤维素DP越大则纤维素溶液粘度越高。干态下小麦秸秆所制备生物基纤维（BFs）的抗拉强度可达184 MPa,杨氏模量4.05 GPa,拉伸应变性能18%,韧性25 MJ/m~3;湿态下BFs的抗拉强度为84 MPa,杨氏模量0.38 GPa,拉伸应变性能22%,韧性11 MJ/m~3。小麦秸秆表面蜡质进入BFs会降低其机械性能。残余木质素会影响BFs成丝性能、阻碍纤维素内氢键缔合并降低BFs抗拉强度和热稳定性。分离纤维素纯度越高所制备BFs的抗拉强度越大且性能一致性越强。纤维素DP越大其制备BFs的机械性能越优异。纤维素溶液在较细和较长纺丝喷头中制备BFs具备更高的取向度。木质素含量、纤维素聚合度、纤维素分子链取向度以及BFs的结构缺陷是影响其机械性能的关键因素。（3）甜高粱木质基生物质包括根、茎秆和叶经PHP处理可去除半纤维素及木质素,纤维素回收率达92.06–100%,酶水解糖化率达72.46–82.79%。甜高粱木质基生物质水解液和汁液为碳源的细菌纤维素（BC）产量是D-葡萄糖的0.89–2.59倍,且机械性能更优异。种植1.0 hm~2甜高粱可产糖基生物质约4.26 t,木质基生物质约17.72 t,淀粉基生物质约6.21 t;经生物精炼的BC产量为1018 kg/hm~2/6 d（干重）。在培养基中构建原电池（GC）装置实现p H的动态、高效调控。6 d培养期间GC培养基的p H维持在4.2–4.4,而标准培养基p H则降至2.7。GC培养基的BC产量是标准培养基的2.90倍。在BC生产过程中内建GC的输出电压维持在1.55–1.65 V,输出功率0.68–8.10 W,可驱动部分低功率设备。GC装置在BC发酵中实现强化生产与电能输出。（4）使用叔丁醇（TBA）冻结干燥BC可保护其内部纤维网状结构,实现DMAc/Li Cl体系中BC的完全溶解。将BC溶液湿纺制备BC-BFs并在一定牵引比下干燥以提高纤维素链取向度。20%牵引比干燥的BFs其抗拉强度由未牵引的60 MPa提高至524 MPa。以BC-BFs为基底构建了仿生鱼鳞结构的运动传感器（BFs-sensor）,借助其表面自组装形成的鳞片状导电涂层,可实现弯曲和拉伸两种状态的感知。传感器在拉伸状态下?R/R0值可达6×10~7,应变灵敏度因数为1.5×10~8,具备极宽的传感动态范围和应变灵敏度。传感器在100次弯曲或拉伸测试中均表现出良好的稳定性。传感器在水中有较强的稳定性,混纺到衣物中可承受一般水洗;在酸性环境下,传感器的降解由外部修饰涂层到内部BFs;在纤维素酶溶液中传感器的降解仅限于内部BFs。（5）富淀粉餐厨垃圾（KW）被分离成固体与液体组分,固体组分经酶水解后作为碳源生产BC,培养15 d后BC产量可达2.07 g/L。培养基中Na Cl含量高于0.44%时无BC产出;废弃食用油含量在8.8–0.8%时BC产量为1.69–2.07 g/L。以BC为基底经叔丁醇/硬脂酸（TBA/SA）修饰制备超疏水气凝胶（S-BCA）用于KW液体组分的油水分离。SA的羧基与BC的羟基之间通过氢键连接,提高了S-BCA的柔韧性。3%-S-BCA的密度为0.0224 g/cm~3,其水接触角达156.8°。3%-S-BCA在25 s内吸附48.2 g/g大豆油和35.8 g/g橄榄油。在90℃下激活S-BCA内置“热开关”,可实现高于90%的高效油脱附。BC基底循环10次仍保留89%的初始吸附效能。以木质基生物质（小麦秸秆）、糖基生物质（甜高粱）和淀粉基生物质（富淀粉餐厨垃圾）为研究对象,通过预处理技术和生物精炼技术分别分离纤维素和升级制备细菌纤维素,并将其用于制备生物基纤维、生物基运动传感器及生物基超疏水气凝胶,为生物质资源化利用提供了新思路。