木质纤维素是地球上储量最大的可再生资源,利用木质纤维素制备生物乙醇是缓解环境和能源问题的重要途径之一。在长期的自然进化过程中,植物细胞壁形成了抵御酶降解及外部微生物的复杂结构。由于底物结构及酶解过程体系的复杂性,传统预处理方式存在着效率低和能耗高等缺点。与传统预处理相比,基于纤维素溶剂的木质纤维素预处理方法在预处理条件和预处理效果等方面具有一定的优势。本论文使用纤维素溶剂对玉米秸秆进行预处理,通过对比不同纤维素溶剂的预处理效果,筛选出适用于玉米秸秆的预处理方法,从经过高效预处理的玉米秸秆中提取木质素,初步探索预处理对木质素物理化学结构的影响;进一步扩大筛选出的纤维素溶剂的适用范围,研究其对麦秆的预处理效果,同时分析预处理液固比对预处理效果的影响;对传统的预处理与酶解糖化工艺进行改良,提出利用预处理与酶解糖化“一锅法”制备可发酵糖的方法,探究该方法可行性,并与传统“分步法”进行对比,分析其优越性。本论文的主要研究成果归纳如下:(1)酸性和碱性纤维素溶剂预处理后,玉米秸秆的酶解转化率都得到了大幅提升。它们都是通过破坏纤维素分子内和分子间的氢键,从而破坏纤维素的刚性结构,同时去除玉米秸秆中一定量的半纤维素和木质素,降低生物质的顽抗性,提高酶解糖化效果。与85%浓磷酸相比,低温NaOH/尿素溶液对玉米秸秆预处理效果较好。其中,在酶加载量为15 FPU/g底物的条件下,酶解24 h后,葡聚糖可以完全转化为葡萄糖。(2)85%浓磷酸预处理后,底物中存在大量的木质素,虽然纤维素结晶度降低较多,但没有获得较高的酶解转化率。研究表明,与纤维素结晶度相比,木质素对玉米秸秆酶解糖化的效果影响较大。通过对木质素的初步探索发现,低温NaOH/尿素预处理后的木质素“核心”结构没有被破坏,含有较多的化学活性基团,可能具有较好的化学活性。(3)低温NaOH/尿素溶液对麦秆同样具有良好的预处理效果。在酶加载量为15 FPU/g底物条件下,酶解糖化48 h,葡聚糖转化率可达95%,木聚糖转化率为84%。不同预处理液固比对麦秆中纤维素结晶度具有一定影响,但对麦秆的化学成分和酶解性能没有显著影响,这为高固载量预处理生物质的进一步研究提供了参考。(4)低温NaOH/尿素预处理与酶解糖化“一锅法”是可行的。最优预处理与酶解糖化条件下,葡聚糖与木聚糖的酶解转化率均可达到90%以上。“一锅法”可以产生比传统“分步法”更多的可发酵糖,其产生的可发酵糖占原料中总糖的90.24%,明显高于传统“分步法”的73.17%。低温NaOH/尿素预处理液中不含有如糠醛和5-羟甲基糠醛发酵抑制物,该方法具有广阔的应用前景。