经济社会的快速发展加剧了我们对化石能源的依赖,寻找一种新型的可再生能源是近年来的研究热点。在众多新能源中,生物质能源在替代石油方面有很多优势。生物质预处理工艺不仅是生物炼制工艺的起点,也是最关键的技术难点。本文通过利用生物炼制下游产品(乙醇、丙酮和丁醇)及分离工艺浓缩液(渗透汽化液与气提液)与预处理工艺进行循环耦合,提高了糖产量及糖收率,也降低了反应能耗及预处理成本。本文的具体研究内容如下:(1)提出使用ABE发酵产物作为预处理溶剂,探究出该体系的预处理效果及糖产量最高的条件。单组分溶剂预处理最优条件下,总糖产量在300g/kg左右。ABE混合溶剂三角形预处理体系中,丁醇对木质素和半纤维素的脱除效果更好,酶解效率更高,这与Hildebrand溶解常数规律一致,但丁醇组分的增加会导致残渣中糖回收率较低的问题。在与酶解效率的平衡下,最后总糖产量最高的三组分比例为25%乙醇、25%丙酮和50%丁醇。(2)基于混合溶剂和分离工艺耦合思路,提出使用一级渗透汽化液和一级气提液作为预处理溶剂,同时提出添加少量无机碱(氢氧化钠)以解决第二章中反应温度高和木质素去除率低的问题。两种体系在总糖产量最高能达到320 g/kg左右。相比无碱的有机溶剂体系,糖产量和糖收率均有所提高,同时反应温度降低40℃以上。相比传统碱法预处理,碱使用量减少50%。但糖损失仍然严重,需要进一步提高糖收率从而提高工艺经济性。同时本文也了提出乙醇批次回用预处理思路,该体系可以减少不必要的溶剂稀释和浓缩步骤,从而降低精馏能耗。由于乙醇浓度在50%左右波动,各批次预处理效果也发生波动,但总糖酶解效率均超过90%,经过5批次后总糖产量仍然维持在300 g/kg生物质,总糖收率在50%以上。在保证乙醇浓度的情况下,批次回用工艺基本可行。(3)提出使用低浓度乙二胺代替无机碱,一方面利用其低沸点和易挥发的性质实现回收,另一方面可以通过改变纤维素晶型提高酶解效率。在本文探究的两种乙二胺体系中,糖产量均超过400 g/kg。相比于第二章体系,糖损失严重的问题进一步得到缓解。相比不添加碱的有机溶剂/水体系,糖收率提高15%左右。(4)本文提出使用两步法的方法,以回避一步法木糖损失大且难利用的问题。第一步骤使用1%H2S04以脱除木糖,第二步骤使用氢氧化钠+50%w/w乙醇以提高酶解效率。在第一步骤中,83.94%的木糖、19.08%的葡萄糖和20.20%的木质素被去除。酸性黑液中葡萄糖和木糖浓度分别为4.52 g/L和17.37 g/L。理想状态下,第一步骤葡萄糖和木糖产量分别为173.67 g/kg和45.15 g/kg生物质。第二步骤中,糖产量最高的条件下总糖酶解效率为81.39%,还有提高空间。总工艺总糖产量为446.31 g,总工艺葡萄糖、木糖和总糖收率分别为72.96%、94.39%和80.50%,相比不添加碱的有机溶剂/水体系,糖收率提高30%左右。