可再生木质纤维素生物质转化成生物燃料和增值产品在全球获得了显著的地位。生物质能是一种可持续的、再生的廉价原料,但是生物质能源的利用率很低,大部分被闲置或焚烧,引起的环境污染问题越来越越受到人们的重视。木质纤维素是由纤维素、半纤维素和木质素三部分组成。木质纤维素生物质转化主要分为5个步骤,生物质的选择,生物质预处理,酶水解,丙酮丁醇(ABE)发酵及其分离,其中生物质的预处理,酶成本以及丁醇的产率都制约着生物质的转化。通过对预处理、酶水解和发酵条件的优化,增加生物质的利用率和丁醇产率,降低生产成本。为了改善酶水解效果和丁醇产率,分别考察了2% NaOH,1.5% H2SO4、蒸汽爆破、蒸汽爆破与2%NaOH或1.5% H2SO4联用对玉米秸秆的预处理效果。分别对预处理的玉米秸秆进行组分分析以及酶水解的还原糖分析。这几种预处理方法中2%NaOH预处理的玉米秸秆的木质素去除率达到81.7%,酶水解率为70.5%,还原糖浓度、葡萄糖以及木糖浓度分别为67.2 g/L,49.8 g/L,17.4 g/L。相对于其它几种方法,2%NaOH预处理效果是最优的。虽然蒸汽爆破与2% NaOH或1.5%稀H2SO4联用预处理效果稍好,但是过程复杂且成本增加。用2%NaOH预处理的玉米秸秆进行的酶水解。分别对酶种类、柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液浓度、酶用量以及底物浓度进行了考察。结果表明,酶用量为20 FPU/g,底物浓度为10%时,最适于ABE发酵。柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液会对纤维素酶(国产)的酶水解产生影响,当柠檬酸盐浓度为0.02 mol/L时,酶水解率为27%,当柠檬酸盐浓度达到0.06mol/L时,水解率达到了60.6%,缓冲溶液浓度高于0.06 mol/L时,酶水解率将不再有太大的变化,柠檬酸盐浓度对酶(诺维信)水解没有影响。考察了柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液和酶用量对ABE发酵的影响。酶用量为20 FPU/g(预处理的物料),还原糖浓度、丁醇产量以及生产成本是最佳的。实验结果显示,葡萄糖培养基中的柠檬酸盐浓度为0.01 mol/L时,丁醇的浓度为9.1 g/L。当柠檬酸盐浓度增加到0.08 mol/L时,菌体不能生长。柠檬酸盐主要是通过降低细胞内pH和质子动力,改变细胞膜的通透性,来抑制C.beyerinckii BA 101生长。以柠檬酸-柠檬酸钠的缓冲液的酶(国产尤特尔)水解液为培养基时,缓冲液浓度为0.04 mo/L,丁醇产量最佳,发酵60 h后,丁醇浓度达到7.7g/L。以柠檬酸-柠檬酸钠的缓冲液的酶(诺维信)水解液为培养基中,柠檬酸盐缓冲液浓度为0.03 mol/L,发酵60 h后,丁醇和ABE的最大产量分别为11.2 g/L19.7g/L用实际的发酵液为原料液进行蒸汽渗透实验,发酵液中包含了11.2 g/L的丁醇,7.5g/L的丙酮,1.1 g/L的乙醇,体积为75 ml,发酵液的原液是柠檬酸盐为0.03 mol/L的酶水解液。蒸汽渗透分离侧的产物含有153.5g/L的ABE和100.4 g/L的丁醇。以10 g/L的丁醇,5g/L的丙酮,1.67g/L的乙醇的发酵液为原料液,对比分析蒸汽渗透和渗透汽化的分离性能。实验结果表明,蒸汽渗透分离侧产物中ABE的浓度为306.6-356.1g/L,丁醇浓度为212.0-232.0g/L。蒸汽渗透的分离性能要优于渗透汽化。