本课题通过6种酸性离子液体催化稻杆分别在水热和微波条件下高选择性高转化率的制备乙酰丙酸,实现了离子液体的循环利用,研究稻杆、微晶纤维素、葡萄糖在水热转化过程中产生的固体副产物humins,推断其形成机理,并对humins的应用进行研究。酸性离子液体[C3SO3Hmim]HSO4催化秸秆在水热条件下高选择性的制备乙酰丙酸,通过优化反应条件,得到乙酰丙酸的最高质量产率为21.6 wt%,通过测定秸秆中各组分的含量换算出乙酰丙酸的摩尔产率为96.6 mol%。共合成了6种酸性离子液体并应用于水热反应中,发现乙酰丙酸的产率与离子液体的酸度和形成氢键的能力有关,酸性越强,产率越高,Cl-离子液体能够与纤维素、半纤维素中的羟基形成氢键,得到了最高的乙酰丙酸产率。离子液体可以循环使用4次而不降低反应的活性。此外对反应过程中的固体残留物进行了电镜表征和红外分析,发现纤维素和半纤维素生成了humins,木质素并没有衍生化而仍然具有原来的骨架结构。通过微波辅助的方法大大加快了反应的速度。humins的形成过程分为三个阶段:第一阶段(20~30 min)humins开始形成微米球,微米球形成了结块。第二阶段(30~60 min)humins质量迅速增加,humins变成分散的微米球。第三阶段(60~120 min)humins质量保持不变,有一部分微米球形成了微米团聚物,并与微米球共存于humins中。NMR表明随着反应时间的延长,在humins形成之前溶液中出现了中间体和5-HMF,最终反应结束以后两者都消失,很可能5-HMF和中间体参与了humins的形成。对humins中的低聚物进行萃取,萃取出两个组分,分子量分别是193和544,IR表明低聚物的主要吸收峰与humins固体吸收峰一致,表明humins是由低聚部分聚合而来的,对humins进行裂解气质检测,发现了对应三个阶段的分子碎片。2.2 g微晶纤维素水热条件下产生humins,第二阶段(1h附近)固体质量达到最低点,由于反应速度快,humins直接形成了纳米团聚物。随着时间的延长humins不断聚合导致C含量上升,O含量下降,燃烧热值增加;被丙酮萃取的humins因聚合度较小,O含量较大的组分被萃取,所以燃烧热值进一步增大。Humins的物理吸附量明显高于原料,其形成过程中产生了新的微孔和介孔结构。