鉴于化石能源的日益枯竭及环境污染等问题的日益严峻,人们迫切寻找可以替代的可再生的资源解决能源、安全与环境问题,因此研发、开拓可再生的清洁资源代替日益减少的化石资源成为未来能源研究的重要方向。生物质资源,作为唯一可再生和绿色的有机碳资源。被认为是取代化石资源生产液体燃料、燃料添加剂和助剂、高附加值化学品等的理想替代品。在生物质资源中,由六碳糖通过糖苷键聚合而成的纤维素受到了广泛的关注。纤维素由于其聚合度高,难以解离等问题导致了其利用率及工业化应用的程度较低,尤其是目前在纤维素的连续水解的研究过程中取样检测仍然采用的是间歇法采样,这不利于真实的反映纤维素水解的情况。5-羟甲基糠醛作为重要的平台分子化合物,本身及其下游产物均具有较多的用途,开发5-羟甲基糠醛的来源途径及研究其反应过程,对实现其工业化应用有很好的指导意义。目前纤维素或是糖到5-羟甲基糠醛的研究仍然存在收率低、反应条件剧烈及需要高温高压设备等问题。γ-戊内酯及戊二醇作为重要的化工原料有很多重要的用途,研究它们的生物基合成的方法对解决其原料来源问题至关重要的。而目前加氢转化反应已被广泛的用于生物质像下游产品的转化过程中。但是目前仍然存在着一些不可忽视的问题,比如说反应的催化剂在反应体系中稳定性较差,反应条件不够温和等。针对前人工作中存在的问题,我们将研究的重点放在了在温和条件下实现纤维素高效转化为下游产品。为了研究这一反应过程,我们分成三个部分进行研究,包括研制连续水解反应器在线跟踪和检测纤维素到葡萄糖的反应过程,使用酸性催化剂实现糖类化合物到羟甲基糠醛的温和条件下的转化,使用廉价的铜基催化剂在水及乙醇中分别考察催化剂对产物收率及产物分布的影响。我们首先对生物质的组成及其利用技术情况进行介绍,并对纤维素的水解及其动力学模型进行简单的综述。对羟甲基糠醛的制备方法及其下游应用进行综述,阐述了羟甲基糠醛的重要性及其多功能性,并提出了后续的研究思路和方向,同时对乙酰丙酸的制备和转化进行了简单的综述。接着我们对连续水解反应器的研制思路来源、技术难点、设计机理等进行阐述,通过设计连续水解反应器解决纤维素连续水解过程中的取样及检测问题。我们也通过初步的实验研究辅助连续水解装置的设计。紧接着我们介绍了由Lewis酸催化的纤维素基碳水化合物制备5-羟甲基糠醛的相关工作。我们分别通过对均相与非均相的Lewis酸催化剂的筛选和研究,实现了葡萄糖到5-羟甲基糠醛的温和条件下的高效转化,为5-羟甲基糠醛的研究和获得提供了一种新的催化体系。最后我们介绍了使用负载的铜基催化剂转化乙酰丙酸(LA)氢化为γ-戊内酯(GVL)以及将γ-戊内酯转化为戊二醇(PDO)的相关工作。我们分别使用两种铜基催化剂实现了乙醇或是水中GVL的高收率获得。并且由糖类得到的水解产物的直接氢化获得了良好的GVL产率。此外,使用负载型铜基催化剂在乙醇溶剂中可以实现GVL高选择性的转化到PDO。本论文主要以纤维素基化合物尤其是碳水化合物为研究对象,通过设计和优化研究方法和催化手段实现各步反应的高选择性转化,并对连续水解反应器的设计及运行原理进行了阐述,同时对催化剂的构效关系及反应的机理进行了解释,为纤维素一锅多步法到下游产物的开发提供了理论支持及实验依据。