由于大量使用化石燃料导致了日益显著的环境问题,高效利用木质纤维素类生物质制备精细化学品和液体燃料被认为是促进经济社会可持续发展的有效途径之一。糠醛作为重要的平台化合物,是合成生物质基高分子材料、医药中间体以及液体燃料等高附加值产品的重要前驱体。因此,高效利用木质纤维素制备糠醛是推动生物质资源产业化利用的重要环节。目前,均相酸(H2SO4和HCOOH)水相解聚玉米秸秆是工业化生产糠醛的主要方法,该技术历史悠久、可靠性高,但是能耗高且设备腐蚀严重;此外,产生的废渣废液难以处理,通常造成严重的环境污染。基于此,本文致力于开发新型非均相酸催化反应体系,促进绿色高效催化转化玉米秸秆制备糠醛的目标。首先,本文基于原位重氮苯磺酸嫁接法合成了一种新型碳基固体酸催化剂(S-RFC),通过氮气吸脱附(BET)、元素分析(ElementalAnalysis)、傅立叶红外(FT-IR)、光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等表征手段研究其结构和理化性质,结果表明其具有良好的有序介孔结构和磺酸强度以及水热稳定性。然后将S-RFC应用于木糖脱水制备糠醛的试验中,探究了反应温度、反应时间、底物浓度、催化剂用量和催化剂种类这五个因素对催化剂活性、选择性和稳定性的影响。较优条件下(170℃,15min,0.5g S-RFC,0.8g木糖,7mlγ-戊内酯),糠醛得率达到80%,催化剂循环四次,糠醛得率没有明显下降。以玉米秸秆为原料,200℃反应100 min,糠醛得率为68.6%。结果表明,S-RFC对木糖脱水制备糠醛具有较好的活性和选择性,但是其酸强度不足以解聚玉米秸秆牢固的结构。因此,我们进一步改进上述固体酸的制备方法,以柠檬酸钙为碳源,使用惰性气氛高温煅烧,然后酸洗的方法得到致密的介孔碳材料C-CaC-X(X=600,700,800),基于上述研究制备出一种新型碳基固体强酸催化剂SC-CaC-X(X=600,700,800)。通过氮气吸脱附(BET),傅立叶红外(FT-IR)、光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等多种表征手段,确定了该催化剂高度发达的无序介孔结构和远强于S-RFC的磺酸强度,综合考虑孔道结构和磺酸强度,我们选取SC-CaC-700作为最佳的催化剂制备条件,其比表面积、孔容、平均孔径和磺酸强度分别达到 921 m2/g,2.57 cm3/g,9.59 nm 和 2.36 mmol/g。基于上述研究,我们使用SC-CaC-700直接解聚玉米秸秆制备糠醛。首先考察了反应温度,反应时间,底物浓度,催化剂用量和溶剂性质对SC-CaC-700催化活性、选择性和水热稳定性的影响。在较优的条件下(200℃,100 min,150 mg玉米秸秆,45mg SC-CaC-700,7mlGVL),可得到93%的糠醛;糠醛得率达到峰值之后,继续延长反应时间至180 min,糠醛得率保持稳定;以模型化合物果糖、葡萄糖、纤维素为底物时,糠醛为主要产物,仅有少量5-羟甲基糠醛产生,说明玉米秸秆水解过程中,纤维素转化过程有助于强化糠醛得率;使用水作为反应溶剂时,可得到51.5%的糠醛。最后,SC-CaC-700颗粒微小,反应结束之后,过滤即可从玉米秸秆残渣中分离,重复使用五次之后,仍可以得到61%的糠醛。综上,本文开发的催化体系为综合利用玉米秸秆中的碳水化合物提供了新思路。