由于石油、煤炭等化石能源消耗的不断攀升,温室气体大量排出,环境污染问题日益严重,开发绿色环保和可持续发展的生物质能源,已经成为许多国家的能源安全战略。生物质乙醇是研究最早和最多的一类生物质能源。由于天然生物组抗性的限制,以木质纤维素类生物质为原料的二代生物质乙醇技术,很难直接对原料进行酶解糖化及生物转化,需要对原料进行预处理以达到提高酶解效率、提高乙醇产量、降低生产成本的目的。论文以我国南方主要阔叶速生树种桉木木材为研究对象,开展其预处理(机械法、氨水浸渍/盘磨预处理、镁碱/盘磨预处理和酸性盐蒸煮/盘磨预处理等)和后续酶解糖化处理技术及机理的研究。采用X-射线衍射、比表面积分析、红外光谱(FTIR)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、高效液相色谱(HPLC)等现代仪器分析手段对预处理原料、预处理液和酶解液等进行了检测分析,揭示了不同预处理技术对酶解糖化效率的影响规律。并对最优预处理技术条件下,制得的预处理液以及酶解液进行发酵生产乙醇试验研究,对木质纤维原料生产乙醇的工艺过程进行了初步的物料和能量平衡估算。盘磨机械法预处理研究表明,盘磨处理可以降低原料尺寸、提高其比表面积和原料的保水值(WRV)。盘磨磨解强度越高,预处理物料的比表面积越大,酶解效率也有一定程度的提高,但单纯的机械处理对酶解糖化的提高作用不大。研究表明,当磨盘间隙为0.2～1.0mm,进料浓度为20～25%,通过盘磨次数为4-5次时,原料的酶解转化率最高仅为21%左右。镁碱/盘磨预处理技术研究表明,当浸渍阶段Mg(OH)2用量为3%时,盘磨预处理能耗较单纯盘磨预处理降低了53.54%的盘磨能耗(约560kWh/t),预处理原料的酶解效率可高达91.53%。但Mg(OH)2用量过高,酶解效率反而降低,主要因为镁碱颗粒会黏附到纤维表面和空隙中阻碍纤维素酶与纤维间的接触。由于镁碱的微溶性和弱碱性,镁碱／盘磨预处理对原料的物理结构影响较大,产生较多的细小组分和纤维碎片,提高了原料比表面积,有效破坏纤维细胞壁的结晶结构,测得纤维物料预处理后结晶度降低。利用氨对木素的选择性脱除而基本不作用于碳水化合物的特点,开展了氨水浸渍(SAA)预处理技术研究。通过响应面法优化,SAA预处理方法的最适工艺条件为：氨用量79.54%(w/w),反应温度100℃,反应时间10.7 h。与单纯盘磨预处理相比,经SAA浸渍后,盘磨处理可节约能耗24.86%(约260kWh/t)。用H202(5%)强化的SAA预处理(SAAp),其脱木素率和预处理底物的酶解转化率分别可提高6.84%和6.2%。红外分析结果表明,SAA及SAAp预处理能使大部分木素降解溶出；SAAp预处理还会使少量聚木糖降解溶出。对麦草、桉木剩余物及桉木三种原料进行预处理,结果显示SAA更适于木素含量较少、结构疏松的农业废弃物等草类原料的预处理。酸性盐预处理是一种新型的预处理技术。本文考察了7种常见酸性盐对半纤维素降解以及预处理底物酶解结果的影响,发现MgCl2和NH4Cl的预处理效果较好。MgCl2和NH4Cl的预处理对半纤维素降解规律基本相似。半纤维素和纤维素的降解均遵循一级动力学反应模型,反应活化能Ea分别为46.63 kJ/mol和82.26 kJ/mol。且半纤维素k值(动力学反应速率常数)明显比纤维素高,即两种盐可以较好的对半纤维素和纤维素分离。MgCl2和NH4Cl酸性盐法蒸煮联合盘磨预处理(ASPR)研究表明,当酸性盐介质浓度0.2 mol/L,固液比1：6,反应温度170℃,保温时间10 min时,分别脱除了原料中91.97%和91.14%的半纤维素；原料中纤维素的酶解转化率分别为95.30%和97.84%；而且基本无糠醛等发酵抑制物的产生。SEM显示经ASPR预处理后,纤维细胞壁表面被严重破坏,更多细小纤维和纤维碎片产生；WRV值明显增加。FTIR结果显示LCC中的酯键和醚键被破坏、大部分半纤维素和少量木素被降解溶出。用酿酒酵母对酸性盐预处理液和酶解液进行发酵,发现预处理液中木糖很难被发酵生成乙醇；而酶解液中的葡萄糖几乎全部被转化,不同预处理方式所得物料的酶解液乙醇转化率分别为80.26%(ASPRNH4Cl)、79.03%(ASPRMgCl2)。对桉木木片转化乙醇的整个工艺进行物料和能量平衡：净产能5.31GJ/ton,预处理能效为0.322 kg/MJ,乙醇产出效率(η能量)为277%。