随着全球环境问题的日益严重,全球石化资源的日益枯竭,使用绿色环保可再生的木质纤维素生物质资源以生产燃料能源、大宗化学品等是未来发展的必然趋势。目前,阔叶材和针叶材等林木资源已得到广泛地开发和利用,麻类植物生长周期短,材质优异,纤维含量高,具有显著的经济和生态效益。然而,麻类植物资源在当前工业应用模式中仅有纤维素得到利用,其中的半纤维素和木质素在制浆中尚未得到高效的转化增值利用。若要从源头上实现麻类生物质的全组分利用,首先需要理解原料的基本成分和结构,以便实现其生物质组分的高效分离和转化。本论文在明确麻类原料成分组成和原本木质素结构特征的基础上,对麻类原料现有制浆过程产生的工业木质素进行了分离和表征,并比较其与原本木质素的结构变化,为其高值化利用提供理论依据。同时,探索了新型低共熔溶剂体系下马尼拉麻主要组分的解离,明晰了解离组分的结构特点和应用方向。本文的主要研究内容和结果如下:(1)系统研究麻类生物质原料特性。对马尼拉麻和大麻原料的成分组成进行分析,并分离得到相应的半纤维素和木质素样品,比较两者原始结构的区别。马尼拉麻中含有灰分2.05%、抽提物5.21%、果胶0.14%、纤维素55.68%、半纤维素20.35%、木质素16.57%,大麻中含有灰分2.31%、抽提物4.25%、果胶2.92%、纤维素61.59%、半纤维素22.17%、木质素6.76%。研究表明马尼拉麻和大麻半纤维素主要由(1→4)-β-D-木聚糖和β-葡聚糖组成,两者原本木质素的主要差异在于,马尼拉麻原料木质素有且仅含有β-O-4芳基醚键(64.16/100 Ar),而大麻原料木质素中除了含有β-O-4芳基醚键外,还含有β-β连接键。(2)阐明马尼拉麻原料现有碱性过氧化氢制浆过程木质素的结构特征和分子结构变化规律。通过分离马尼拉麻产生的碱性过氧化氢木质素(AHPL),并将其与两次酶解木质素(DEL)进行结构比较。研究表明,马尼拉麻木质素由对羟基苯基(H)、愈创木基(G)和紫丁香基(S)型单元以及丰富的对香豆酯组成。在碱性过氧化氢脱木质素过程中,木质素中主要发生芳基醚键的略微断裂且对香豆酸酯发生部分裂解。研究发现两次酶解木质素(DEL)和碱性过氧化氢木质素(AHPL)中大量存在且占主导地位的β-O-4醚键,表明这些木质素组分有利于木质素向下游转化为芳香族化学品。(3)探索了一种生物质绿色高效拆解的预处理方法。以马尼拉麻为原料,采用醇基低共熔溶剂(DES)预处理实现了麻类主要组分的快速拆解并对所得组分进行了详细的结构表征。研究表明,在110 ℃时采用DES预处理30 min,木质素脱除率可达92.79%,所得的木质素可以达到纳米级别、纯度高、分子量小、多分散系数低,后续可以通过调节预处理参数将其发展为一种低成本纳米木质素制备方法,这将为木质素高值化应用途径提供优质的原料,促进木质素基相关高品质材料开发进程。与此同时,所得的纤维素残渣也表现出良好的酶解糖化性能(大于90%)。DES的优化和循环实验表明DES处理效果可以通过不同处理参数来调节,这将为最终生物质原料主要组分的可控分离和精准利用奠定基础。