木质纤维素生物质具有来源广泛、价格低廉、环境友好、可再生等优点,其高效转化利用被认为是解决日益严重的能源危机和环境污染问题的有效途径之一。木质纤维素生物质主要成分包括纤维素、半纤维素和木质素,其中半纤维素含量仅次于纤维素,约占植物细胞壁的22%-41%。半纤维素的高效转化是实现木质纤维素生物质资源化利用的关键技术之一。木聚糖是植物细胞中半纤维素的主要成分,其主要结构单元为木糖,木糖通过脱水反应可生成重要平台化合物-糠醛。工业糠醛生产常采用无机酸（硫酸、盐酸等）为催化剂,具有环境污染严重、设备腐蚀、能量损耗大、产率低等缺点,大大降低了其在国际能源市场中的竞争力。固体酸催化剂由于具有良好的热稳定性和重复利用性受到科学工作者的青昧,被视为糠醛生产的理想催化剂。本论文分别采用共沉淀法、浸渍法、离子交换法制备了三种复合型固体酸催化剂,并对它们在单相和两相体系中催化木糖、木聚糖型半纤维素以及玉米芯生成糠醛进行了系统研究。1.SO₄^2-/TiO₂-ZrO₂/La³⁺的制备及其催化木糖、半纤维素以及玉米芯生成糠醛（1）通过共沉淀法和浸渍法合成了固体酸催化剂SO₄^2-/TiO₂-ZrO₂/La³⁺（STZL）,采用XRD、FT-IR、TGA、BET、UV-vis、NH₃-TPD和吡啶FT-IR技术对其理化性质进行了分析,并考察了光照、硫酸根浸渍浓度、La³⁺负载量对STZL催化木糖生成糠醛性能的影响。结果表明,催化剂STZL具有良好的酸性和热稳定性,温和条件下紫外光照射能有效提高其催化性能。当硫酸根浸渍浓度为1.0 M、La³⁺负载量为1.0 wt%时,合成的催化剂（1.0）STZL（1.0）催化活性最高,在紫外光（365 nm）照射下,木糖在水相中于120oC反应4 h,糠醛产率为3.26%,相应的木糖转化率为33.0%。（2）对催化剂（1.0）STZL（1.0）在两相体系中催化木糖生成糠醛进行了研究。考察水相中极性非质子性溶剂（DMSO、DMF、DMI）和有机相中2-丁醇对糠醛生成的影响,探讨糠醛生成的最佳反应条件。结果表明,反应体系中添加DMI和2-丁醇能有效提高糠醛产率和木糖转化率。以（1.0）STZL（1.0）为催化剂,木糖在（8:2水:DMI）:（7:3 MIBK:2-丁醇）中180 oC下反应12 h后,糠醛产率达53.5%,相应的木糖转化率为97.9%。（3）率先构建玉米芯半纤维素结构与糠醛产率之间的关系。采用梯度浓度乙醇分级沉淀技术分离提纯碱溶性玉米芯半纤维素,并通过HPLC、GPC、FT-IR、TGA、XRD、¹H和¹³C NMR对所得半纤维素的理化性质进行表征,考察了两相体系中催化剂（1.0）STZL（1.0）催化玉米芯半纤维素生成糠醛的性能,探讨了玉米芯半纤维素结构对糠醛生成的影响。研究结果表明,碱溶性玉米芯半纤维素主要结构为L-阿拉伯基-（4-O-甲基葡萄糖醛酸）-D-木聚糖。催化结果表明,木糖含量较高、分支度较低、分散性较高的玉米芯半纤维素利于糠醛的生成。当以30%（v/v）乙醇沉淀并烘箱干燥所得的玉米芯半纤维素(HO₃₀)为原料,在催化剂作用下190 oC于（8:2水:DMI）:（7:3 MIBK:2-丁醇）中反应2.5 h后,糠醛产率达41.60%,相应的木糖转化率和糠醛选择性分别为92.14%和44.50%。（4）提出玉米芯在固体酸和水热预处理作用下一步合成糠醛和木糖的新方法,实现玉米芯水热预处理过程中半纤维素的溶出、解聚及脱水的同步进行。通过对水解液成分和固体残渣进行表征,发现固体酸催化剂的添加促进了半纤维素的溶出以及进一步发生水解-脱水反应,且低温下半纤维素比纤维素更易于溶出和发生水解;玉米芯残渣比表面积、热值（HHV）和能量增强因子（EEF）随着预处理温度和时间的增加而增大,O/C值、结晶度和半纤维素含量随着预处理温度和时间的增加而下降;在催化剂（1.0）STZL（1.0）的存在下,当预处理温度为180 oC,时间为120 min,玉米芯与水的比例为10:100 g/m L时,糠醛产率为61.80 mg/g,此时木糖产率为68.00 mg/g。2.锡基蒙脱土的制备及其催化木糖、半纤维素以及玉米芯生成糠醛（1）采用微波辅助离子交换法快速合成了锡基蒙脱土（Sn-MMT）固体酸催化剂,并对其理化性质进行研究,在两相体系SBP/Na Cl-DMSO中探讨其催化木糖和玉米芯半纤维素生成糠醛的性能,揭示Lewis酸和Br?nsted酸对木糖异构化和脱水反应的作用机制,以及反应溶剂组成和反应条件对糠醛生成的影响,研究反应过程中腐殖物的来源。研究结果表明,Sn-MMT表面同时具有Lewis酸和Br?nsted酸位点,Lewis酸有利于木糖发生异构化反应生成木酮糖,Br?nsted酸有利于促进木酮糖发生脱水反应。当以Sn-MMT为催化剂,木糖为原料,在两相体系SBP/Na Cl-DMSO中180 oC下反应30 min后,糠醛产率达76.79%,木糖转化率为93.13%,糠醛选择性为82.45%,反应过程中黑色不溶性腐殖物主要来源于糠醛-木糖缩合反应;当以30%（v/v）乙醇沉淀并烘箱干燥所得的玉米芯半纤维素(HO₃₀)为原料,180 oC下在SBP/Na Cl-DMSO中反应2.5 h后,糠醛产率为45.41%,相应的木糖转化率和糠醛选择性分别为99.06%和45.84%。（2）提出两步法异相转化玉米芯生成糠醛的方法。第一步通过微波辅助水热处理玉米芯获得富含糖资源的水解液;第二步以Sn-MMT为催化剂,在两相体系SBP/Na Cl-DMSO中催化玉米芯水解液生成糠醛。主要探讨第一步中半纤维素的溶出和解聚规律,优化微波反应条件,并进一步研究水解液成分与糠醛产率之间的关系。结果显示,微波（600 W）辐射下160 oC反应60 min后,玉米芯半纤维素大约86.67%的木糖以单糖和低聚糖（DP≤6）的形式存在于水解液中。第二步反应结果显示,当以具有最大木糖含量（160 oC,90 min）的水解液为原料时,190 oC下反应10 min,糠醛产率达57.80%。此外,实验结果还表明,以水解液为原料比以纯木糖溶液为原料的糠醛产率高,且水解液中较低起始木糖浓度有利于糠醛的生成。3.SO₄^2-/SiO₂-Al₂O₃/La³⁺的制备及其催化木糖、半纤维素和玉米芯生成糠醛（1）通过共沉淀法和浸渍法合成了硅铝基固体酸催化剂SO₄^2-/SiO₂-Al₂O₃/La³⁺（SSAL）,并对其理化性质进行研究,探讨催化剂合成条件、组成以及反应条件对其催化木糖和半纤维素生成糠醛的性能影响。研究表明,SSAL具有良好的酸性和热稳定性,在450 oC煅烧4 h合成的催化剂酸性最强。催化结果表明,以固体酸（1.0）SSAL（1.0）为催化剂,木糖在SBP/Na Cl-DMSO中190 oC下反应30 min后,糠醛产率达57.69%,相应的木糖转化率为100%,糠醛选择性为57.69%。此外,当以30%（v/v）乙醇沉淀并烘箱干燥所得的玉米芯半纤维素(HO₃₀)为原料,在SBP/Na Cl-DMSO中190 oC下反应30 min后糠醛产率为59.52%,木糖转化率和糠醛选择性分别为97.09%和61.30%。（2）研究了球磨、超声、混球磨或其两者相结合的机械预处理方式对水热预处理玉米芯生成糠醛的影响。结果表明,以（1.0）SSAL（1.0）为催化剂,经过机械预处理后,水热处理玉米芯的水解液中葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、乙酸和糠醛的含量都相应地提高,其中以混球磨和超声相结合的方式处理后得到的水解液中碳水化合物含量最高。相同的处理方式下低温有利于木糖的生成,高温有利于糠醛的生成。当机械预处理的条件为混球磨样品2.2 g（包含2.0 g脱蜡玉米芯和0.2 g固体酸催化剂（1.0）SSAL（1.0））,球磨速率400rpm/min,球磨时间6 h,超声时间30 min,水热预处理温度190 oC,反应时间30 min时,糠醛产率为197.76 mg/g。综上所述,本论文提出清洁高效的木质纤维生物质预处理新技术,研发高选择性的固体酸催化剂,构建了制备糠醛的高效异相催化体系,阐明半纤维素结构对糠醛产率的影响规律,明确了半纤维素结构对糠醛产率的影响趋势不受催化剂和反应体系的影响。玉米芯转化生成糠醛过程中两步法比一步法更有利于固体酸催化剂的循环利用、糠醛产率的提高以及糠醛渣的再利用。