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近年来,随着石油、煤、天然气等化石能源的逐渐枯竭,人们开始把目光转向对各种低成本、可再生新能源的开发。由于植物纤维具有天然、可再生等特性,因此利用植物纤维转化为人们所需的能源和其它化工产品,是世界上许多国家正在积极探索的课题。我国是农业大国,拥有丰富的农作物秸秆资源,完善我国农作物秸秆的合理开发与综合利用,对改善农村生态环境,提高资源利用率,实现能源多元化,保障国家能源安全,减少因使用化石燃料造成的环境污染具有积极的意义。玉米芯是廉价的可再生资源,年产量超过2000多万吨。但利用率较低,仅有少量用作饲料或生产化工产品的原料,大量玉米芯被用于燃烧,既浪费资源,又污染大气。玉米芯结构复杂,纤维素、半纤维素不但被木质素包裹,而且半纤维素部分共价和木质素结合,纤维素具有高度有序晶体结构,导致玉米芯难以利用。必须经过处理,使得纤维素、半纤维素、木质素分离开,切断它们的氢键破坏晶体结构,降低聚合度。怎样环保有效的分离且利用玉米芯中的半纤维素成了一个亟待解决的问题。目前,蒸汽爆破技术广泛应用于将植物纤维转化为人们需要的能源这一领域。本研究以玉米芯为原料,探索了玉米芯半纤维素汽爆分离的工艺条件。首先通过常规化学分析方法及扫描电镜、红外光谱、X-射线衍射、紫外光谱等现代分析手段,分析了蒸汽爆破前后玉米芯主成分和微观结构的变化。在此基础上,通过单因素实验,考察了蒸汽爆破技术的主要影响因素,并采用响应曲面法对蒸汽爆破玉米芯工艺条件进行了优化。此外,为了高效分离玉米芯半纤维素,还尝试了重复汽爆技术、蒸汽爆破-蒸煮联合技术、水预浸辅助蒸汽爆破技术对玉米芯半纤维素的降解分离效果。本课题的主要研究内容和结论如下:（1）为研究蒸汽爆破对玉米芯主成分和结晶度的影响,在爆破压力为1.5MPa,维压时间60s、120s、180s、240s、300s的条件下进行试验。结果表明:蒸汽爆破处理后半纤维素和木质素含量降低,半纤维素降低的更显著,纤维素相对含量增加;SEM显示:蒸汽爆破处理后,玉米芯微观结构出现断裂;采用XRD技术分析蒸汽爆破处理后玉米芯纤维素的晶体结构,运用高斯近似函数分峰法计算玉米芯纤维素的结晶度。结果表明:汽爆处理后玉米芯纤维素仍属纤维素I结构,随着汽爆处理条件加剧,结晶度先增加后降低,但最终还是比原料的高。（2）直接蒸汽爆破玉米芯工艺条件研究。通过单因素试验和响应曲面法,研究了不同汽爆压力和维压时间对玉米芯半纤维素、纤维素和木质素降解率和降解程度的影响。建立了降解率对汽爆压力和维压时间的3个模型方程。借助模型方程及SAS9.0统计软件,得到纤维素基本不降解的区域:汽爆压力X1<2.0MPa,维压时间X2<155.7s;并找到了在该范围内,半纤维素具有最大降解率的工艺条件:汽爆压力X1=1.6MPa,维压时间X2=113s。该工艺条件下,半纤维素降解率44.8%,木质素降解率18.7%,所得实验结果与模型预测非常吻合,表明所建模型合理有效。在该条件下,总糖（TRS）产率42.3%,还原糖（DRS）产率9.5%,木聚糖（XS）产率39.4%,木聚糖平均聚合度（DP）4.5,单糖总产率1.9%,糠醛产率0.44%;单糖主要是木糖,还有少量阿拉伯糖和葡萄糖。（3）重复汽爆技术研究。在纤维素基本不降解条件下,汽爆压力1.6MPa,维压时间113s,重复汽爆,半纤维素降解率58.3%,木质素降解率22.4%,纤维素降解率1.2%。在该条件下,总糖（TRS）产率53.2%,还原糖（DRS）产率39.3%,木聚糖（XS）产率26.1%,木聚糖平均聚合度（DP）1.4,单糖总产率20.3%,糠醛产率6.8%;重复汽爆木聚糖产率减少了13.3%,平均聚合度降低,有相当量的糠醛产生。这说明:重复汽爆对半纤维素降解增加不明显,降解产物主要是低聚糖和单糖,此外,还有相当量的糠醛生成。（4）蒸汽爆破-蒸煮联合技术研究。通过单因素及正交试验研究了蒸汽爆破-蒸煮联合技术对玉米芯降解规律的影响。研究结果表明:蒸煮工艺中,蒸煮固液比存在最佳值,并不是加水量越多越好,蒸煮时间增长,蒸煮温度增大,总糖产率增加。影响总糖产率因素的主次顺序为蒸煮温度>固液比>蒸煮时间。试验范围内较佳组合为:固液比:1:15、蒸煮时间:120min、蒸煮温度:100℃。在该条件下,半纤维素降解率86.7%,木质素降解率28.3%,纤维素基本不降解。总糖（TRS）产率80.2%,还原糖（DRS）产率38.9 %,木聚糖（XS）产率73.4%,木聚糖平均聚合度（DP）2.1,单糖总产率6.4%,糠醛产率0.44%;与直接蒸汽爆破相比,木聚糖产率提升了34.0%,平均聚合度降低。这说明:蒸汽爆破-蒸煮联合技术能显著提高半纤维素分离效果,降解产物主要是低聚糖。还得出一重要结论:蒸汽爆破处理后,半纤维素在酸性环境下,常压100℃以下蒸煮,即可降解分离。（5）水预浸辅助蒸汽爆破技术研究。采用水预浸辅助蒸汽爆破方法处理玉米芯,通过单因素和正交试验研究了预浸固液比、预浸时间、预浸温度对玉米芯降解规律的影响。研究结果表明:预浸固液比和预浸时间存在最佳值,预浸温度对总糖产率影响不大。影响总糖产率因素的主次顺序为预浸固液比>预浸时间>预浸温度。确定的最佳组合为:固液比:1.4、预浸时间:4h、预浸温度:室温。在该条件下,半纤维素降解率84.2%,木质素降解率32.7%,纤维素降解率1.8%,总糖（TRS）产率78.6%,还原糖（DRS）产率10.9%,木聚糖（XS）产率75.4%,木聚糖平均聚合度（DP）7.2,单糖总产率3.0%,糠醛产率0.18%;与直接蒸汽爆破相比,木聚糖产率提升了36.0%,平均聚合度提高。这说明:水预浸辅助蒸汽爆破技术能显著改善半纤维素的分离效果,降解产物主要为低聚糖,且能降低糠醛产率。