木质素是唯一一种可再生的、可从自然界中获取的芳香族化合物,由多种不规则的羟基、甲氧基取代的苯丙烷类单元组成,约占植物总重量的15-30%。把木质素进行解聚,断裂连接键以获得小分子芳香族化合物,对于保护环境、可持续发展具有重要意义。目前普遍采用的木质素解聚方法存在较多问题,如过度反应、条件苛刻、产物重聚且回收困难等,因此,实现木质素高值利用的关键问题就是找到条件温和且高效的解聚方法,以及实现产物回收。连接木质素结构单元间C-C键的键能(313.5-493.2 kJ/mol)远高于C-O-C键的键能(292.6 kJ/mol),因此,对于其中的C-O-C键进行选择性断裂成为解聚木质素的一种理想方法。H2O2分解后产生的·OH可作为活性氧物种(ROS)选择性氧化断裂木质素分子中C9结构单元间醚键,而从有机化学机理角度分析,醚键容易在酸性条件下发生断裂反应,固体超强酸催化剂SO42-/Fe2O3-ZrO2兼具Br(?)nsted酸与Lewis酸的特性,拥有极强的酸性,同时也可以促进H2O2分解产生·OH。[BMIM]Cl是一种离子液体,木质素在其中具有较好的溶解性,而溶于其中ROS的自淬灭过程也可以被延缓,因此使用[BMIM]C1作为溶剂,有望提高木质素的断键反应效率。基于此,本课题采用固体超强酸SO42-/Fe2O3-ZrO2作为催化剂,在溶剂为离子液体[BMIM]Cl的条件下,以H2O2分解后产生的·OH作为氧化剂对木质素及其模型化合物进行解聚实验,所得结果如下:(1)固体超强酸催化剂由沉淀浸渍法制得,制备过程较为简单,并对其进行了结构及性能表征;设计了一个反应条件较为温和的木质素解聚反应体系,并验证了 α-O-4型木质素模型化合物(PBP)、β-O-4型木质素模型化合物(GGE)在其中的降解效果;建立了降解率及产物分析方法;在离子液体、固体超强酸催化剂、H2O2同时存在的体系中,可实现木质素模型化合物高效降解,反应过程便捷、安全、高效、环保。(2)探究了降解反应的反应机理,并通过对催化剂用量、H2O2浓度、反应温度、反应时间等因素对降解效果的影响进行验证及优化,得出最佳反应条件为60℃水浴反应2h,H2O2浓度为0.80 mol/L,固体超强酸催化剂SO42-/Fe2O3-ZrO2用量为10 mg/ml,在该条件下PBP降解率可达95.1%,GGE降解率可达97.3%。(3)以α-O-4型木质素模型化合物PBP为底物,建立了多相连续反应体系,断键反应发生在底层离子液体相[BMIM]Cl中,产物生成后直接被萃取进上层有机相乙酸丁酯内,避免过度氧化的同时实现产物即时分离,五次循环效率保持较好,经计算平均效率为86.87%,并实现了离子液体和催化剂的循环利用,同时做到产物的即时分离,有望解决离子液体价格昂贵、木质素解聚产物分离困难的问题;对于木质素实际样品进行解聚,观察到特征产物松柏醇、香草醛的特征峰,为将来实现木质素高效便捷的催化降解提供了可行性参考。