作为一种清洁的、可再生的资源,生物质不仅可以减少人类对化石燃料的依赖,还能解决温室气体大量排放的问题。生物质通过各种途径(热解、化学催化、微生物发酵等)可以转化为运输燃料和高附加值的化学品。如木质纤维素类生物质经酸催化转化为平台化合物(5-羟甲基糠醛、糠醛、糠醇等),然后通过一系列化学催化反应得到C8~C20烷烃。本文采用自主专利“一种由糠醇制备C5~C25烷烃的方法”的技术路线,主要研究了糠醇(FA)在水溶剂中、硫酸催化作用下的缩合反应。通过对糠醇缩合产物的定性和定量分析,得到了缩合产物的结构信息和各产物间的量化关系。并研究了糠醇缩合反应动力学,揭示了缩合产物的分布规律,在此基础上探讨了缩合反应机理。首先,我们对糠醇缩合产物进行了表征。通过红外光谱(IR),发现了多呋喃环的特征吸收峰(呋喃环上2和5号位发生双取代时的C-H伸缩振动吸收峰,790 cm-1),证实糠醇发生了多分子间的缩合反应。通过气质联用(GCMS)、液质联用(LC-MS),分离检测到缩合产物中的二~五聚体(碳数分布C9~C25),并确定了二~五聚体的结构。进一步的高效凝胶液相色谱(GPC)的检测发现,糠醇缩合产物为一个多分散体系,并且当糠醇完全转化时,缩合产物的数均分子量随反应时间延长而快速增大,其值为4427 g/mol,对应的缩合产物碳链长度超过250。接着,我们考察了反应温度、硫酸浓度对糠醇缩合反应的影响,得到糠醇在水溶剂中缩合反应的动力学方程及其参数,即糠醇的反应级数为一级,活化能为64.2 KJ/mol。并根据产物分布规律指出糠醇在硫酸催化的拟均相体系中极可能同时存在两种反应机理,即分子间的缩聚反应机理和糠醇阳离子聚合连锁反应机理。在此基础上,建立了糠醇缩合反应机理模型,将缩合产物简化为B(C9~C25)和C(>C25)两类组分,推导了缩合产物的动力学方程。我们建立的模型与实验结果吻合较好,很好的解释了反应温度、反应时间对A(FA)组分、B组分和C组分分布的影响。A组分的含量随反应温度的升高、反应时间的延长迅速减小;而B组分的含量随反应温度的升高,反应时间的延长先增大后减小,最多可达30 wt%;C组分的含量随反应温度的升高、反应时间的延长而增大,最多可达95 wt%。最后,我们通过响应面试验中的Box-Behnken Design试验设计方法,考察了反应温度、硫酸浓度、糠醇浓度和反应时间对缩合产物中碳链长度为C9~C25的低聚体选择性的影响。从该实验结果及软件模拟数据,我们得到:在水溶剂中,体系共100 g,当温度为59℃、硫酸浓度为0.98 wt%、糠醇浓度31 wt%、反应时间为51 min时,B组分的选择性最大,为38 mol%。在此条件下,实验验证结果为36 mol%,与响应面试验结果相吻合。