化石燃料不受约束的使用引发了当今世界严重的能源和环境安全问题。生物乙醇作为一种可再生、环境友好能源受到了广泛关注。由于木质纤维素具有可再生性、原料丰富和价格低等优点,第二代生物乙醇转化利用木质纤维素为原料。木质纤维素的结构复杂,需要预处理后才能进行高效的生物乙醇转化。浓磷酸联合过氧化氢(Concentrated phosphoric acid plus hydrogen peroxide,PHP)预处理作为一种新开发的预处理方法,有着高效解构木质纤维素、预处理后续酶水解效率高等优点。随着对PHP预处理研究的深入,我们认识到浓磷酸(Concentrated phosphoric acid,CPA)的回收并回用和磷排放控制是PHP预处理方法用于木质纤维素生物乙醇转化关键的一步。因此,本研究设计了一套磷回收工艺,将乙醇转化、CPA回收、木质素回收和衍生废水中磷回收整合,并初步确定了较优的主要工艺参数,探究了该工艺对CPA回收的稳定性、回用CPA的预处理效果及后续酶水解效率、利用500℃条件下制备的蟹壳生物炭(Crab shell biochar,CSB500)回收衍生废水中磷的效果。主要研究结果如下:(1)本研究设计了一套整合工艺,并讨论了其主要的工艺参数。发现乙醇/PHP溶剂比例从4:1增加到11:1时,CPA回收率从68.6%增加到80.0%,木质素回收率从16.3%增加到23.3%;当该比例再增加到16:1时,CPA和木质素的回收率没有再出现显著的增加。水/脱乙醇液的比例从4:1增加到16:1时,木质素回收率几乎没有变化。故最终确定乙醇/PHP溶剂、水/脱乙醇液的较优添加比例分别为11:1和4:1。(2)基于较优的乙醇/PHP溶剂、水/脱乙醇液的添加比例,将CPA回收11批次,并将回收的CPA回用10批次。发现11批次的CPA平均回收率为86.0%。随着循环次数的增加,这11批次的CPA回收率在80.0%~88.9%之间缓慢变化,但CPA回收率的变异系数为0.033,说明回收CPA回收率相对稳定;而木质素的回收效率从21.1%增加到38.5%。(3)回用CPA参与的10批次PHP预处理后得到的固体回收率在42.1%-49.0%之间变化,半纤维素去除率没有显著性的变化,为92.9%-95.2%。第一次预处理后,纤维素回收率为87.1%,木质素去除率为67.8%。第三次的预处理后纤维素回收率下降为71.0%,之后为52.4%-67.5%;木质素去除率下降为30.0%,之后为35.5%-42.9%。这11批次的平均酶水解效率为96.3%,且没有出现显著性差异,证明该工艺的后续纤维素-糖转化比较稳定。(4)通过Langmuir和Freundlich模型对CSB500在不同温度下对磷模拟废水的吸附性能的拟合,发现CSB对磷的吸附量为252.0-261.6 mg/g,且拟合结果更符合Langmuir模型。在实际PHP预处理衍生废水中加入6.0 g/L的CSB500,在25℃下吸附24 h可以去除废水中78.1%的磷。(5)经过对该工艺的分析可得:1.1 kg CPA可以预处理1.0 kg小麦秸秆,产生乙醇155.0 g,高纯度木质素45.0 g。添加3.5 kg的CSB500可以得到4.9 kg富磷生物炭。