本文针对浓硫酸催化合成乙酸异戊酯反应中存在的环境污染问题，展开了SO₄^2-／TiO₂固体超强酸催化剂的制备与应用研究，为提高SO₄^2-/TiO₂固体超强酸的反应活性，进行了两种性能改进，并通过催化剂的活性评价和性能表征研究了催化剂结构与性能的关系，为固体超强酸催化合成乙酸异戊酯的工业化提供了有益依据。采用溶胶-凝胶法与浸渍法相结合制备了SO₄^2-／TiO2（ST）固体超强酸，以乙酸异戊酯的合成为探针实验，考察了固体超强酸制备条件对催化活性的影响。得到的最佳制备条件是：H₂SO₄浸渍浓度为1．0mol／L、焙烧温度500℃、焙烧时间3h。在此基础上优化了酯化工艺条件：以最佳条件下制备的SO₄^2-／TiO₂固体超强酸为催化剂，醇酸摩尔比1．4：1，催化剂的用量为乙酸质量的5％，110～130℃温度下反应时间为6h，酯化率达93％以上。对SO₄^2-／TiO₂固体超强酸进行性能改进，制备了新型催化剂V促进SO₄^2-TiO₂（STV）固体超强酸，并对其制备工艺进行了优化，得到的优化条件是：NH₄VO₃浸渍浓度为0．010mol／L，H₂SO₄浸渍浓度1．0 mol／L，在马弗炉里500℃下焙烧3h。在此条件下，其酯化率可达95％以上。对产物乙酸异戊酯进行了性能评价，符合香料GB6576-1996的要求。XRD测试结果表明，V的引入延迟了基体氧化物的晶化，拓宽了催化剂锐钛矿晶型的存在范围，使催化剂粒径减小，比表面积增大，有效抑制了催化剂中硫的流失；Hammett指示剂法的结果表明，催化剂ST和STV都是固体超强酸，V的引入增强了催化剂表面酸强度；瓜测试结果表明，ST和STV催化剂表面SO₄^2-是以螯合状双配位方式吸附在金属离子上的；热分析结果表明，固体超强酸制备工艺中焙烧温度选择500℃是正确的，并且V的引入增强了固体超强酸催化剂对SO₄^2-的结合能力，延长了ST固体超强酸催化剂的使用寿命，提高了催化剂的稳定性。不同方法再生后的结果表明，造成STV催化剂失活是由于SO₄^2-流失和积碳的共同作用，通过焙烧除碳再进行补充SO₄^2-能恢复STV催化剂活性。对SO₄^2-／TiO₂固体超强酸进行性能改进，采用共沉淀浸渍法制备了SO₄^2-／TiO₂-ZrO₂-Fe₂O₃固体超强酸，对其制备工艺进行了优化，得到的优化条件是：n（Ti）：n（Zr）：n（Fe）=3：1：2，H₂SO₄浸渍浓度0．75 mol／L，焙烧温度500℃。在此条件下，酯化率可达96％以上。利用XRD、IR、TG等手段进行分析表征和再生方法探讨，得到了类似STV的结论。