农业废弃物是一种丰富的生物质资源,其主要组分为纤维素、半纤维素和木质素。通过对这些生物质资源的催化转化,可以获得高附加值的化学品,如乙酰丙酸甲酯。乙酰丙酸甲酯是一种重要的平台化合物,在能源、香料和医药等领域有着重要的应用。当前,利用生物质制备乙酰丙酸甲酯已有一些相关研究,但都存在一定的不足。因此,从原料的多元性、催化体系的改进和工艺条件的优化等方面,都可以开展进一步的研究。花生壳和小麦秸秆都是常见的农业废弃物,每年的产量非常大,但都没有得到充分的利用。随着科技的进步和发展,人们日益注重环保和经济效益,花生壳和小麦秸秆这些农业废弃物,可以有更丰富的利用方式。本文以花生壳和小麦秸秆为反应原料,以硫酸和硫酸铝为催化剂,进行乙酰丙酸甲酯的制备。首先在甲醇体系中研究了花生壳的转化,研究其催化体系、工艺条件和催化剂的回收,并进行动力学分析。然后在醇水混合体系中研究了小麦秸秆的转化,研究其催化体系、工艺条件、溶剂体系,并进行动力学分析。最后对两种转化方式进行比较分析和经济性评价。主要结论如下:1.研究了花生壳醇解制备乙酰丙酸甲酯的催化体系,催化剂的筛选中,超低酸硫酸和金属盐硫酸铝组合的混酸催化剂,且具有更好的催化活性。采用响应面优化法,对工艺条件进行优化,得出当反应温度为169℃,硫酸铝负载量为0.09 M,花生壳与甲醇S/L比为0.06 g/m L,反应时间为2.7 h时,可以获得最大的乙酰丙酸甲酯产率16.49%。对反应前后的花生壳和不同反应时间的反应液进行表征分析,对反应过程进行了动力学研究,花生壳的转化过程主要是醇解反应路径。对反应催化剂进行回收,发现硫酸铝催化剂可以实现回收和循环使用,当使用5次时,仍有较高的催化活性。2.研究了花生壳醇解制备乙酰丙酸甲酯工艺参数的进一步优化。使用神经网络遗传算法对花生壳醇解过程中反应温度、反应时间、花生壳与甲醇的固液比和金属硫酸盐的负载量4个变量进行优化,得出最佳的工艺条件为反应温度160℃、反应时间3.6 h、花生壳与甲醇的固液比0.06 g/m L和金属硫酸盐的负载量0.09 M。对神经网络遗传算法的优化结果进行实验验证,在优化的工艺条件下,可以获得17.61%的乙酰丙酸甲酯产率。将神经网络模型和响应面法模型进行对比,发现神经网络模型预测更准确,神经网络遗传算法具有更好的优化能力,可以获得更高的乙酰丙酸甲酯产率。3.研究了小麦秸秆在醇水混合体系中制备乙酰丙酸和乙酰丙酸甲酯。比较单一硫酸催化剂和硫酸、硫酸铝混酸催化剂的催化效果,混酸催化剂具有更好的催化效果。考察硫酸和硫酸铝催化剂的用量,使用1%的硫酸和0.015 M的硫酸铝可以获得较高的乙酰丙酸甲酯收率。优化固液比这一工艺条件,在保持较高产率和较大产量的情况下,0.1 g/m L是合适的固液比。研究不同比例的醇水混合体系对乙酰丙酸和乙酰丙酸甲酯产率的影响,得出合适的醇水比例为3:1。研究了水的引入对反应体系的影响,和单一的醇解过程相比,此反应过程获得了更大的收率,乙酰丙酸和乙酰丙酸甲酯总收率为23.01%,且反应压力降低,反应副产物减少。在恒温下进行了醇水体系中的动力学研究,得出在此反应体系中,醇解和水解反应路径并存,水的加入改变了反应路径。4.将花生壳直接醇解制备乙酰丙酸甲酯和小麦秸秆在醇水体系中转化生成乙酰丙酸和乙酰丙酸甲酯两个反应过程和生物质制甲酯的相关研究结果进行比较。对两种生物质原料的转化过程进行物料衡算和经济性评价,花生壳和小麦秸秆的转化过程是一种具有较大的经济效益的利用方式,具有广阔的应用前景。