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甘蔗渣是蔗糖工业的废渣,因其含有丰富的纤维素,是转化生物乙醇的理想生物质原料。因甘蔗渣原料天然的抗降解屏障使其酶降解效率低,导致乙醇转化率低,需采用高效的预处理技术促进其生物转化过程的进行。现阶段,大多数的研究均集中在开发新工艺提高酶解糖化效率,实现碳水化合物的高效利用,而忽视了生物炼制过程中产生的副产物-木质素的利用价值。本文从甘蔗渣绿液预处理出发,首先开发新型Kraft绿液预处理工艺提高其酶解效率,同时,获取预处理过程中产生的黑液木质素的结构信息;重点针对含量最为丰富的β-O-4连接键,考察不同β-0-4型模型物在醇/水-氢气体系下的催化加氢效果;将筛选得到的催化体系用于甘蔗渣黑液木质素解聚中,提高芳香单体得率;根据产物组成及分布等信息推测可能的反应途径,为木质素的催化解聚开发应用提供依据。在甘蔗渣Kraft绿液-亚硫酸盐预处理及Kraft绿液-乙醇预处理的研究中,考察了不同预处理条件对甘蔗渣酶解效率的影响。研究结果表明,Kraft绿液预处理方法可有效提高甘蔗渣的酶水解效率。相比于Soda绿液-亚硫酸盐法,Kraft绿液-亚硫酸盐对酶解效率的促进作用更强,酶解72 h时葡萄糖得率最高可达96.8%。Kraft绿液-乙醇预处理不仅可有效降低甘蔗渣中的木质素含量,还可降解部分半纤维素。较低温度(80℃和100℃)Kraft绿液-乙醇预处理也可明显提高酶水解效率,160℃预处理后甘蔗渣酶水解72 h时葡萄糖得率达到最高值(98.26%)。进行了不同预处理方法获得的黑液木质素结构比较研究,绿液-乙醇预处理强度高于绿液-过氧化氢预处理,绿液-乙醇预处理易将木质素分子降解成分子量更小的物质。Kraft绿液-乙醇预处理可有效抑制木质素的缩合反应,使木质素保持低分子量状态,有利于木质素的进一步脱除。β-0-4键是木质素中最丰富的连接键。本文开展了木质素模型物催化加氢的研究,首先选用4-甲氧基-α-[(2-甲氧基苯氧基)甲基]-苯甲醇(仅含α-OH)作为研究对象,探究在催化加氢反应体系下的反应规律。研究表明,在Ni/USY催化时,该模型物在乙醇/水-氢气体系中,可较高选择性地断裂β-0-4键,单体产物的得率可达45.66 wt%(86.59 mol%)。在纯甲醇体系中,Ni/β-25的催化效果优于Ni/USY,单体产物得率可达68.30wt%(124.47mol%)。在另一种仅含α-OH的β-O-4型二聚体模型物(4-甲氧基-α-[(4-甲氧基苯氧基)甲基]-苯甲醇)的研究中发现,采用Ni/Mg-AkLDH催化时,单体产物得率低,主要生成β-0-4型醚类产物。在Ni/USY作用下,单体得率最高,可达 35.38 wt%(67.74 mol%)。含γ-OH的β-0-4型二聚体模型物的研究发现,单体产物的组成明显比仅含α-OH的β-0-4型模型物的产物复杂,因为除了发生Cβ-OPh键断裂生成愈创木酚、反应中间体与乙醇反应生成醚类产物,还发生了 Cγ位的羟基脱除、Cα-Cβ以及Cβ-Cγ键断裂等反应。在所有β-0-4型模型物的研究中均发现,Ni/USY和Ni/β-25催化时均有反应中间体与醇性溶剂反应得到的醚类单体产物,且单体得率高于Ni/Mg-Al LDH催化时的单体得率。而对于其他类型木质素模型物(β-1、β-5和4-0-5型),催化加氢效果不明显。将木质素模型物研究中筛选得到的较优催化剂应用于甘蔗渣木质素的加氢解聚,并对液体产物进行了分析表征。选用甘蔗渣经碱性乙醇预处理或碱性过氧化氢预处理后提取得到的黑液木质素,结构分析表明,两种木质素结构存在一定差异,对催化转化以及解聚产物的分布有一定影响。两种甘蔗渣木质素在无催化剂作用下进行加氢解聚时,碱性乙醇木质素解聚后单体得率略高于碱性过氧化氢木质素解聚的单体得率。仅靠溶剂和氢气的作用,木质素可实现部分降解。对于碱性乙醇木质素,催化剂的加入均有利于解聚的进行,生成更多的单体。采用Ni/Mg-Al LDH催化时,单体得率最高,达到34.68 wt%,产物中2,6-二甲基苯酚含量最高。对于碱性过氧化氢木质素,采用Ni/Mg-Al LDH催化只能小幅度地提高单体得率(18.11 wt%);采用Ni/β-25催化时,单体得率提高至33.27wt%。此外,甘蔗渣木质素固体酸催化解聚研究结果表明,解聚产物多为含羰基的化合物,分子筛催化剂可使不含羰基的单体酚选择性提高。