摘要
化石能源日益枯竭，它的利用也引发了一系列的环境问题。因此，木质纤维素生物质等可转化为清洁能源的可再生资源被广泛关注。木质纤维素生物质特殊的结构特征使其具有顽固性，预处理是将木质纤维素生物质转化为生物燃料的一个重要步骤。本课题以巨菌草、橡木和樟木等木质纤维素生物质为原料，开发了两种联合预处理方法，用于提高生物质的酶解糖化效率及生物氢气（H2）产量，进一步提取再生木质素。主要包括：AFEX联合NaOH预处理方法提高木质纤维素生物质的预处理效率及酶解糖化效率并用于暗发酵生产生物H2；AFEX辅助低共熔溶剂（DES）预处理方法，分析其对巨菌草组分及酶解效率的影响，并对再生木质素的结构及组成进行详细分析。 本文主要研究结果如下： （1）通过木质素去除率及酶解效率分析评估氨纤维膨胀（AFEX）联合NaOH（A-NaOH）预处理对巨菌草（草本）、橡木（硬木）和樟木（软木）特性的影响。结果表明，在4%A-NaOH条件下，巨菌草、橡木和樟木的木质素去除率分别为84.2%、58.4%和35.6%，酶解效率分别为51.02%、18.74%和13.56%。木质素去除率和酶解效率均显著提高。A-NaOH预处理方式对草本生物质的处理效果优于硬木、软木等木本生物质。 （2）AFEX联合NaOH预处理对木质素生物质中高温（中温（37℃）、高温（55℃））暗发酵产氢的影响。中温条件下H2产量分别为152.3、99.1和76.9mL/gTS，是未处理组的1.70-2.38倍。高温条件下H2产量分别为99.96、69.98和55.30mL/gTS，是未处理组的1.53-1.98倍。结果表明，A-NaOH预处理显著提高了巨菌草、橡木和樟木暗发酵生物H2的产量。在中温和高温暗发酵系统中，预处理组厚壁菌门（Firmicutes）的丰度分别为未处理组的1.14-1.19和1.24-1.38倍。中温暗发酵过程中的H2产量高于高温发酵，而且能源消耗低。 （3）AFEX辅助DES预处理方法对木质纤维素生物质酶解效率及再生木质素的影响。首先合成了DBU∶LA（LADES）和DBU∶PEG（PEGDES）两种DES，然后对AFEX处理后的巨菌草预处理。AFEX辅助LADES和PEGDES在120℃下处理4h后，巨菌草的木质去除率分别为37.99%和91.81%，纤维素回收率分别为78.48%和90.81%，酶解效率分别为54.54%和82.54%。经凝胶色谱分析和元素分析P-Lignin多分散系数为1.28和S元素含量为0.02，与A-Lignin和L-Lignin相比结构更加均一且毒性更低，有助于下游木质素产品的开发。2D-HSQCNMR结果表明三种木质素均为G-S-H型。
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