木质纤维素不仅可以通过生物炼制得到清洁的乙醇,还可以制备出高性能的纳米纤维素,这对环境的可持续发展具有重要意义。为实现木质纤维素高价值的利用,本研究以蔗渣为底物,采用近年来新型的预处理方法-对甲苯磺酸预处理法(p-Ts OH)来破坏木质纤维素天然的抗降解结构。并对p-Ts OH预处理蔗渣的酶水解效率和制备得到的纤维素纳米纤丝的性能进行了探讨。本研究可为木质纤维素高值化利用提供一定的理论依据。本研究的主要研究内容和结果如下:1.比较了p-Ts OH预处理前后蔗渣的化学成分和酶水解效率,发现p-Ts OH可以有效地去除木质素并保留纤维素,使纤维素含量提升,并提高了酶水解效率,但p-Ts OH预处理蔗渣的酶水解效率依旧较低。为分析p-Ts OH预处理蔗渣酶水解效率提高但依旧不高的原因,使用扫描电镜(SEM)、比表面及孔径分析(BET)、X射线衍射(XRD)比较分析了p-Ts OH预处理前后蔗渣的表面形貌、比表面积与总孔体积、结晶度的区别,结果表明,p-Ts OH可以有效的去除蔗渣表面的非定型区,使蔗渣表面变得光滑致密,原有的孔状结构变少,比表面积和总孔体积也相应减少,底物的结晶度也相应增加,较高的结晶度是造成酶水解效率较低的原因。为进一步分析p-Ts OH预处理后蔗渣酶水解效率提高的原因,在利于酶水解的温度下(50℃)和利于吸附的温度下(4℃)进行了吸附和脱附的实验,结果表明,p-Ts OH预处理蔗渣能吸附更多的纤维素酶,且有更多的纤维素酶与p-Ts OH预处理蔗渣是以较强作用力相结合。2.为探讨纤维素晶型对酶水解效率的影响,比较了氢氧化钠处理p-Ts OH蔗渣前(S-P)后(S-P-N)的化学成分和酶水解效率,发现氢氧化钠可以有效的去除半纤维素从而使酶水解效率提高。为进一步分析酶水解效率差异的原因,使用SEM和XRD比较分析了S-P和S-P-N蔗渣的表面形貌、纤维素晶型、结晶度、晶面间距和晶粒尺寸方面的区别,结果表明,氢氧化钠通过去除半纤维素的方式解构了木质纤维素,从而使纤维素酶对纤维素的可及性增加;氢氧化钠处理使纤维素Ⅰ晶型(S-P)转化成了纤维素Ⅱ晶型(S-P-N),纤维素Ⅱ晶型比纤维素Ⅰ晶型具有更大的晶面间距,从而疏水堆积链具有较弱的疏水作用力,较弱的疏水作用力有利于纤维素酶对纤维素的可及性。3.基于p-Ts OH预处理蔗渣酶水解效率不高且具有高纤维素占比、高结晶度的特征。对p-Ts OH预处理蔗渣进行漂白后,采用甲酸(有机酸)和盐酸(无机酸)结合高压均质的方法制备了两种蔗渣纤维素纳米纤丝(F-CNF和H-CNF)。为分析CNF的性能特征,使用SEM、透射电镜(TEM)、XRD、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、粒径分布和Zeta电位、热重分析(TGA)分析了表面形貌、结晶度、颗粒大小、热稳定性等特征,结果表明,F-CNF和H-CNF均具有较高的结晶度(F-CNF和H-CNF结晶度分别为78.73和81.46%)。4.为简化蔗渣纤维素纳米纤丝制备的工艺,并使木质素的性能特征体现到蔗渣纤维素纳米纤丝中去。p-Ts OH预处理蔗渣不需经过漂白,直接采用甲酸(有机酸)和盐酸(无机酸)结合高压均质的方法制备了两种不经漂白的蔗渣纤维素纳米纤丝(F-LCNF和H-LCNF)。为分析LCNF的性能特征,使用SEM、TEM、XRD、FTIR、粒径分布和Zeta电位、TGA、水接触角分析(WCA)分析了表面形貌、结晶度、颗粒大小、热稳定性、亲疏水性等特征,结果表明,F-LCNF和H-LCNF均具有较高的水分散性(静置30天依旧稳定,F-LCNF更稳定),均具有较高的热稳定性(F-LCNF和H-LCNF最大热解温度分别为350.00℃和341.67℃),F-LCNF具有更高的疏水性能。本研究通过分析p-Ts OH预处理前后蔗渣的物理化学性质、脱附和吸附规律的差异,揭示了p-Ts OH预处理蔗渣能够提高酶水解效率的原因。基于p-Ts OH预处理蔗渣中纤维素占比和结晶度较高的优势,制备了漂白或不漂白的蔗渣纤维素纳米纤丝。该研究可为p-Ts OH预处理蔗渣的合理应用提供一定的理论依据。