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2,5-二甲基呋喃作为第二代液态生物燃料,具有易于运输管理、高燃烧效率、不易吸水受潮、便于保存、分离提纯能耗低、防爆性能好等突出特点。如能实现其大规模工业化生产,2,5-二甲基呋喃将取代传统的化石能源,成为一种新型的液态燃料。这能够有效解决因化石能源大量使用所带来的温室效应、海平面升高、环境污染等问题。目前2,5-二甲基呋喃的制备主要是以5-羟甲基糠醛为原料,经过催化加氢反应后得到的。本文重点研究了以下几个方面的内容:低沸点溶剂中果糖脱水制备5-羟甲基糠醛的工艺路线开发;以果糖为原料一锅法制备得到2,5-二甲基呋喃的反应体系优化;采用自制的加氢催化剂来催化5-羟甲基糠醛加氢制备2,5-二甲基呋喃,优化反应条件得到最佳产物收率;对加氢催化剂的微观结构进行表征;加氢催化剂的重复利用研究;5-羟甲基糠醛加氢得到2,5-二甲基呋喃的反应路径探究。以果糖为原料,开发了在低沸点溶剂中高效制备5-羟甲基糠醛的工艺路线。确定了能够与果糖水溶液形成双相反应体系的四氢呋喃为最佳的反应溶剂,十二烷基苯磺酸为最佳的酸性脱水催化剂,同时十二烷基苯磺酸也是所筛选的表面活性剂中效果最好的。在四氢呋喃-果糖水双相体系中,以十二烷基苯磺酸为脱水催化剂和表面活性剂,在140℃下反应30 min后可以得到92.5%的5-羟甲基糠醛收率。成功开发了一种以果糖为底物一锅法制备2,5-二甲基呋喃的反应体系。在以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,Ru/AC与AlCl3、H2SO4和H3PO4三种混合酸相互配伍的催化体系中,200℃,1.5MPa H2压力下,可以得到最高66.3 mol%的2,5-二甲基呋喃收率。通过共沉淀法制备得到了 5 wt%Ru50Co50/rGO催化剂。以四氢呋喃为反应溶剂,在200℃下反应2 h可以得到最高92.4%的2,5-二甲基呋喃收率。还原氧化石墨烯具有三方面的优势:金属组分Ru纳米颗粒主要分布于还原氧化石墨烯外表面,底物分子扩散阻力小;还原氧化石墨烯载体中含有许多含氧官能团,其强亲水能力有利于与底物5-羟甲基糠醛的接触;还原氧化石墨烯载体与5-羟甲基糠醛中的呋喃环通过π-π相互作用发生共轭效应,从而促进底物5-羟甲基糠醛吸附,加快氢解反应速率。通过XRD、XPS、HRTEM、Raman和BET等表征表明,极高的金属分散度以及RuCo合金的形成是Ru50Co50/rGO催化剂具有高催化加氢活性的主要原因。采用浸渍法制备得到了 1wt%Ru50Re50/TiO2催化剂。在四氢呋喃溶剂中,200℃下反应4 h可以得到最高93.5%的2,5-二甲基呋喃收率。通过BET、XRD、XPS和HRTEM等表征表明,其高催化加氢活性的原因是:金属活性组分极高的分散度,负载金属与载体之间强的相互作用以及金属组分Ru与Re之间存在协同促进作用。采用包埋法制备得到了 5 wt%的Ru-NOMC催化剂。在四氢呋喃溶剂中,200℃下反应4 h得到最高93.0%的2,5-二甲基呋喃收率。Ru-NOMC催化剂具有极高的重复利用能力,使用5次后,产物2,5-二甲基呋喃的收率仅降低1%。通过XRD、XPS、BET以及HRTEM表征表明,N元素对Ru金属颗粒有很强的吸附作用,可以提高金属组分的分散性。Ru-NOMC催化剂的金属分散性不高是因为Ru金属纳米颗粒被包埋在碳骨架中。分别以5-羟甲基糠醛、5-甲基糠醛、5-甲基糠醇、2,5-二羟甲基呋喃、糠醛以及糠醇为反应底物来研究Ru-NOMC催化剂催化5-羟甲基糠醛制备2,5-二甲基呋喃的反应路径。其主反应过程为:5-羟甲基糠醛上的羟甲基首先发生氢解反应,得到5-甲基糠醛,然后经过加氢以及氢解反应后最终得到2,5-二甲基呋喃。以聚二甲基硅氧烷为载体制备得到了 Ru-PDMS-F127催化剂。在催化剂制备过程中载体表面形成薄层石墨烯式碳膜,可以防止活性金属组分Ru的氧化和流失。通过硝基苯加氢反应来测试其反应加氢活性,在四氢呋喃和H2O的双相溶剂中,100℃下反应60min,可以得到85.7%的环己胺收率。通过HRTEM、HAADF-STEM以及FI-IR等表征可知,Ru金属纳米颗粒团聚非常严重;活性组分Ru的负载量很低;载体表面的含氧官能团很少,使其具有很高的疏水性,不利于加氢底物与催化剂表面的接触。这三方面的原因导致了 Ru-PDMS-F127催化剂对5-羟甲基糠醛以及其他底物的加氢反应活性很差。