目前,由于化石燃料的枯竭以及全球环境的不断恶化,可再生资源开发和利用受到了广泛的关注。在各种可再生能源中,由于核能、大型水电具有潜在的生态环境风险,风能和地热能等存在区域性资源制约,不利于大力开发和使用,而生物质能由于其自然界中含量丰富、具有良好的可再生性能等特点被人们认可。作为地球上含量最丰富的生物质资源,纤维素通常被用作生物质转化的合适的研究目标。因此,高效的利用纤维素在一定程度上可以有效地缓解巨大的能源需求和环境问题。高效利用纤维素的关键是将其水解为葡萄糖,作为重要的平台化合物葡萄糖进一步转化可获得糠醛、多元醇、有机酸等多种高附加值的化学产品。对于纤维素水解反应,固体酸催化剂由于对设备腐蚀轻、催化剂分离简单等特点,成为近年来的研究热点,选择廉价且高效的固体酸催化剂用于纤维素水解反应中可有效的降低反应的成本。因此,本课题选择自然界中含量丰富的粘土矿物高岭土作为固体酸催化剂催化纤维素水解反应,并且对高岭土进行改性以提高其催化性能,成功实现纤维素的高效水解。首先,本实验中采用天然的高岭土作为催化剂用于纤维素水解的反应中,利用X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、热重-微分热重（TG-DTG）、扫描电镜（SEM）等手段对催化剂进行结构表征分析。此外,探究了水解温度、水解时间、催化剂的用量和水的用量对纤维素水解反应中总还原糖（TRS）收率和纤维素转化率的影响,最终确定纤维素最优水解条件为:水解温度为200℃,水解时间为3 h,催化剂与纤维素的质量比为0.2,水的用量与纤维素质量之比为12。在最优条件下,纤维素的转化率和TRS收率分别为56%和38.8%。并且对高岭土催化剂的再生使用性能做了进一步的研究,发现高岭土催化剂具有良好的稳定性和再生使用性能,催化剂循环使用4次以后仍然具有良好的催化性能,在第四次再生之后,用于纤维素水解反应中仍然获得了38.1%的TRS产率。最后,提出了高岭土催化纤维素水解的反应机理。另外,为了进一步提高反应中TRS的产率,本课题中采用多种手段对高岭土进行改性处理。本实验中采用浸渍法对高岭土进行了酸化处理,采用焙烧法对高岭土做了热改性,通过水热法制备了金属离子掺杂的高岭土复合催化剂。对比多种改性方法获得的催化剂催化纤维素水解的结果,水热法制备的金属离子掺杂高岭土催化剂对纤维素水解反应具有良好的催化活性,实验中制备的Cu²⁺-Zn²⁺-Al³⁺/Kaol催化剂在水解温度为200℃,水解时间为3 h,催化剂与纤维素的质量比为0.2,水的用量与纤维素质量之比为12的条件下水解纤维素获得47.5%的TRS收率。总之,本课题中选择的天然高岭土和通过水热法制备的金属离子掺杂高岭土复合催化剂作为低成本且高效的固体酸催化剂,以蒸馏水作为反应溶剂,成功的实现了纤维素绿色且高效转化,为低成本、高稳定性、高活性催化剂的开发与研究提供了新思路。