甘蔗渣具有来源广、可再生和廉价易得的优点,同时含有较低的灰分、较高的挥发分,以及较低的含氮量（0.4 wt.%）、含硫量（1.52 wt.%）,是一种环保的生物质原料。其直接水热液化得到的生物油因含氧量高、化学稳定性较差而不能直接作为燃料使用。ZSM-5是一种微孔型分子筛,具有较好的水热稳定性、表面酸性、良好的催化性能,在生物质水热液化制备生物油的过程中能够促进加氢异构化、脱氧、催化裂化,提高生物油的品性,同时还能降低固相残渣的产率,因此引起了普遍的关注。本文采用分步离子交换法对ZSM-5负载不同金属进行改性,并对改性前后的ZSM-5进行表征。首先探究ZSM-5分子筛添加比例、反应温度、停留时间等工艺条件对甘蔗渣水热液化产物的影响,利用GC-MS对生物油各相成分分析,筛选最佳反应条件;在此基础上,考察改性制备的NaZSM-5分子筛、FeZSM-5分子筛和NiZSM-5分子筛对甘蔗渣液化产物的影响;对甘蔗渣液化生物油做元素分析和能量分析,分析其催化前后氧含量变化,以及热值变化。通过GC-TCD对气相成分进行分析以探讨气相产物的形成机理;通过SEM和元素分析对残渣相进行剖析,探讨生物碳进一步利用的潜能。结果表明:最佳反应条件是285℃的反应温度,30 min的停留时间,3.00 g的分子筛,200 mL的去离子水,10.00 g的甘蔗渣;负载金属Fe、Ni的分子筛有效提高了总产油率,降低了残渣相含量,但是在改良生物油性能方面不如负载Na的分子筛;生物油中含有丰富的含氧有机物（酚、酮、呋喃、酸、醛和酯类等）,分子筛上金属Na的负载,因其金属活泼性,以及分子筛表面酸位和结构的变化,能够有效的脱羧、脱羰,促进芳烃类化合物的形成,能在生物油中降低9.12%的含氧量,降低O/C比,提高H/C比,从而提高热值,最高可达29.17 MJ/kg;残渣相含有较高的C含量和较低的O含量,具有一定的回收意义;气相产物中以H₂、CH₄和CO₂为主,FeZSM-5在促进加氢方面效果最好,在CH₄和CO₂形成方面作用效果相对较弱。