玉米秸秆是我国主要的农业废弃物,年产量达到了8.4亿吨。目前大多数玉米秸秆都被直接燃烧,玉米秸秆的直接燃烧带来了严重的环境问题和资源浪费,并且事故频发。玉米秸秆的主要利用方式有四种:饲料化,基料化,肥料化,能源化。在秸秆能源化中,将秸秆用于厌氧生物暗发酵产氢具有环境友好、可生产清洁能源等优点,被认为是玉米秸秆综合利用最有效的方式之一。然而,玉米秸秆稳定的纤维素-木质素-半纤维素化学交联结构,导致对发酵不利的木质素很难被去除,发酵用的多聚糖也很难被微生物所利用。因此,加强玉米秸秆原料预处理和秸秆厌氧生物暗发酵产氢关键技术的研究,对提高玉米秸秆厌氧发酵工程综合经济效益,改善生态环境,促进低碳循环农业发展,具有十分重要的意义。一些预处理方法,例如机械粉碎,蒸汽爆破,酸碱处理等已经被证明能够有效的去除部分木质素,降低纤维素的结晶度,提高比表面积和酶促糖化效率。但是目前还没有报道关于尿素辅助水热预处理对玉米秸秆酶促糖化效率的研究。本论文针对水热温度(120℃-180℃),反应时间(0-60min),尿素浓度(0-4%),固液比(5%-15%)四个因素进行了玉米秸秆预处理单因素实验。主要研究了玉米秸秆的尿素辅助水热预处理对木质素的去除率和酶促糖化效率以及比能耗的影响。除此之外,测量了预处理前后玉米秸秆中的纤维素、半纤维素和木质素三种组分的含量,并观察了X射线衍射(XRD),傅利叶红外光谱(FTIR),扫描电镜(SEM)来分析玉米秸秆的物理化学特性和表观形态。最后经过暗发酵产氢实验,检测最适酶解糖化条件下的氢气得率,并进行比较分析。通过实验发现玉米秸秆经过尿素辅助水热预处理可以有效的提高木质素去除率和酶促降解还原糖回收率。尿素辅助水热预处理组的pH值为9.08,明显不同于水热处理组(4.60)和尿素处理组(5.71)。尿素辅助水热预处理组的最大木质素去除率为69%,酶促降解还原糖回收率为41%。相对于水热预处理组29%的还原糖回收率和44%的木质素去除率有明显的提高。尿素辅助水热预处理能有效的去除玉米秸秆中的木质素,保留纤维素和半纤维素。通过对XRD的分析发现,纤维素的结晶度降低,表明尿素辅助水热预处理能有效的打破玉米秸秆的结构,使其变得更加松散。通过对FTIR的分析,发现经尿素辅助水热预处理后的代表木质素的官能团吸收峰下降或者消失,部分代表半纤维素的吸收峰上升。代表纤维素的官能团下降,说明木质素结构被打破或者被去除,大部分半纤维素被保留,纤维素分子间的作用力明显减弱。通过发酵产氢实验发现,经尿素辅助水热预处理的玉米秸秆的产氢量明显高于其他各组。结合对预处理比能耗的计算和分析,表明尿素辅助水热预处理法是可行的,对去除木质素和促进酶促降解产生还原糖具有良好的效果。在此基础上,通过响应面优化实验设计得到玉米秸秆的尿素辅助水热预处理的最优条件:预处理温度为178.2℃,维持时间为27.2min,尿素浓度为2.01%,固液比为7.61%,此时的秸秆预处理比能耗(能耗/还原糖回收率)为7.17。总的来说,尿素辅助水热预处理对于促进玉米秸秆的木质素去除、酶促糖化以及后续的暗发酵产氢而言是一个非常有潜力的方法。