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当前传统化石能源大量消耗所引发的环境问题和能源危机日趋严重,利用自然界中储量丰富的可再生木质纤维素生物质生产精细化学品和燃料以替代传统石油化工产品越来越引起人们重视。在木质纤维素催化转化过程中糠醛和5-羟甲基糠醛(HMF)扮演着极其重要的作用,它们可以转化成液体燃料或丁二酸、糠醇、1,5-戊二醇、2,5-呋喃二甲酸、乙酰丙酸、1,6-已二醇等一系列高附加值化学品,这些化学品经过聚合反应又可以合成各种高分子材料。因此糠醛和HMF是连接生物质与燃料、化学品、材料的重要桥梁,高效催化转化生物质原料制备糠醛和HMF是实现生物质取代传统化石能源和石油化工产品最基础最重要的一环。基于此背景,本文旨在建立一种高效、绿色、环保的生物质基碳水化合物制备糠醛和HMF的新方法。本文利用多聚甲醛(POM)和对甲苯磺酸(PTSA)聚合反应合成了一种新型固体强酸催化剂,即对甲苯磺酸-多聚甲醛共聚物(PTSA-POM),详细研究了多聚甲醛含量和煅烧温度对催化剂性能的影响,并对其展开了FT-IR、 TG/DTG、TEM、N2-BET等一系列表征。检测结果显示该催化剂具有优良的耐水性能、热稳定性和循环性能。为克服当前溶剂体系存在的诸多弊端,本文拟选用新一代环境友好型绿色溶剂γ-戊内酯(GVL)作为反应介质。GVL是一种来源于木质纤维素类生物质的可再生液体溶剂,广泛存在于自然界蔬菜水果中,并已作为食品添加剂应用于食品生产中。首先研究了PTSA-POM在GVL/H2O介质中催化木糖、木聚糖和玉米秸秆制备糠醛。探索了各主要实验参数包括溶剂效应、催化剂种类、反应温度、时间、水浓度、木糖和催化剂投料量等对木糖脱水制备糠醛的影响。170℃反应10 mmin,糠醛收率可达到80.4%,催化剂连续循环5次活性没有显著降低。此外以真实生物质玉米秸秆作为底物时,190℃反应40一mmin可获得86.3%糠醛。为了进一步扩展该反应体系在生物质催化转化领域的应用范围,我们继续研究了果糖脱水制备HMF,系统探讨了主要实验参数对HMF收率的影响。实验结果表明该反应体系对于生产HMF同样具有良好的催化活性,130℃反应30 min收率可达78.1%,催化剂至少能够连续循环7次。此外,我们也初步尝试探讨了该反应体系用于催化葡萄糖和微晶纤维素一步法制备HMF的可能性,效果并不理想。最后在氟体系中利用传统水热法直接合成了无铝Sn-Beta沸石分子筛,并将其与Bronsted酸PTSA-POM耦合用于一步法催化转化葡萄糖合成HMF。140℃反应30min HMF收率可达57.2%,Sn-Beta会显著降低反应条件,使反应在更加温和的条件下进行。微晶纤维素和玉米秸秆原料在该催化反应体系中HMF收率也会显著提高到20%。