木质纤维素是一种来源广泛并且大规模可再生的生物质资源。以生物质为原料的生物炼制是清洁可再生能源领域中的研究热点。目前,蒸汽爆破预处理是生物炼制中较有前途的预处理方法之一。然而,由于蒸汽爆破预处理反应条件剧烈,容易发生木质素重聚,使纤维素的酶水解性能降低。针对木质素的重聚问题,本文提出在蒸汽爆破前增加木质素的碱性改性(磺化或氧化)步骤即两步法预处理的策略,降低木质素的重聚,从而提高纤维素的酶水解性能,增强木质纤维素的糖化,并实现木质纤维原料的综合利用。对木质纤维原料分别进行湿磨处理和蒸汽爆破预处理后发现,湿磨处理对物料组分几乎没影响;蒸汽爆破预处理选择性去除了木质纤维中的半纤维素,提高纤维素可及度,有利于提高纤维素酶水解得率。湿磨浆料的木质素重聚程度为10.6,蒸汽爆破浆料的重聚程度分别为17.0(200℃,5min)和20.0(210℃,5min),表明处理温度越高,木质素重聚程度越高。对湿磨浆料和蒸汽爆破物料进行磺化处理后发现,湿磨浆料通过磺化能接入的酸性基团比蒸汽爆破物料能接入的磺酸基团多得多,结果说明,重聚反应降低了木质素对后续化学改性的反应活性。以杨木为研究对象进行碱性磺化-蒸汽爆破两步法预处理后发现,预浸渍下的杨木经碱性磺化(16%亚硫酸钠+4%碳酸氢钠)-蒸汽爆破预处理效果最佳,其木质素脱除率达到73.23%,重聚程度显著下降至3.04,纤维素和半纤维素的回收率分别为96.93%和81.32%,底物酸性基团含量提高至120 mmol/kg,尤其是磺酸基团提高至93.3 mmol/kg,保水值明显提高,纤维酶水解效率显著提高至89.60%。碱性磺化-蒸汽爆破两步法预处理后黑液中回收的磺化木质素对铅离子Pb(Ⅱ)吸附量得到极大提高,最高吸附量可达108.70mg/g。预浸渍(110℃、2h)后碱性氧化-蒸汽爆破预处理的木质素重聚程度最小为11.81,木质素脱除率最高为58.30%,底物酸性基团含量为150.51mmol/kg,纤维润涨程度明显提高,从而使纤维素酶水解得率增加,纤维素酶水解得率为89.18%,碱性氧化-蒸汽爆破两步法预处理后黑液中回收的氧化木质素对铅离子Pb(Ⅱ)的最大吸附量为212.77mg/g。实验结果证明,碱性改性-蒸汽爆破两步法预处理可显著降低木质素的重聚反应,改性、去除木质素的同时保留了纤维素和半纤维素,因此,两步法预处理可在提高纤维素酶水解性能的同时又促进木质素的后续回收利用,制备重金属离子吸附剂,可为木质纤维原料的全值化利用提供理论依据。