目前,可再生能源的开发利用受到广泛关注。木质纤维素生物质作为可再生和资源量丰富的碳源,被认为是具有潜力的生产高附加值化学品的有希望的可再生资源。对比于商业传统使用的均相酸催化剂,非均相酸催化剂具有催化活性高、选择性好、环境友好等优点。其中碳基固体酸催化剂来源于生物质原料,具有资源广泛、经济环保等优点。糠醛(FF)、乙酰丙酸(LA)作为生物质水解利用的重要平台化合物,广泛应用于能源、化工、医药等领域。生物质水热解聚制备还原糖进而制取平台化合物是生物炼制的热点方向,如何实现平台化合物的绿色高效生产是需要深入研究的关键问题。本研究在课题组自制磁性碳基固体酸(MMCSA)预处理水解产糖研究基础上开展了MMCSA催化水解生物质衍生糖类制取平台化合物的研究。通过调控不同的催化反应体系,使用密度泛函理论计算,深入分析探讨了MMCSA催化水解木糖制取糠醛的效果与机制,并对MMCSA的回收重复利用及再生作出讨论,同时对MMCSA催化水解葡萄糖制取乙酰丙酸工况条件进行优化。首先,在纯水溶剂体系和甲基异丁基甲酮(MIBK)/水双相溶剂体系下,分别开展MMCSA催化水解木糖制取糠醛的工艺条件优化实验,获得最佳生产糠醛条件为:0.1625g木糖、0.5g MMCSA、10m L H2O、40m L MIBK、反应温度190℃和反应时间10min,在此条件下糠醛产率最好达79.04%,木糖转化率和糠醛选择性分别为99.45%和79.14%。其次,本研究在MMCSA催化木糖制取糠醛的最优条件下进行理论研究,并通过密度泛函理论计算(DFT)研究MMCSA催化木糖制取糠醛过程中主要的反应路径。结果表明:反应后利用磁铁将MMCSA从反应液中分离并进行五次重复使用,催化活性虽有所下降,但回收的MMCSA可以通过浓硫酸(98 wt%)进行再生,催化效果达到了新MMCSA的水平。通过酸碱滴定实验对五次重复使用的MMCSA里的-SO3H、-OH、-COOH等酸性基团进行了测定,推断出-SO3H的脱落是糠醛产率下降的主要原因。同时使用高效液相色谱技术(LC-MS)对反应过程的未知产物进行了分析,推断出了水-MIBK体系中木糖及糠醛的转化路径。另外,利用Gaussian软件,采用连续极化隐式溶剂模型(PCM)进行了DFT计算。结果表明-SO3H催化下糠醛形成路径的活化自由能最低,因此也说明-SO3H在整个体系中催化活性最强,在反应中发挥主要的催化作用。通过调控工况条件,MMCSA可以实现木糖向糠醛的高效转化。在此基础上,本研究继续探索了MMCSA催化水解葡糖糖制取乙酰丙酸的能力。采用正交实验对乙酰丙酸生产工艺参数进行了优化。通过实验得出MMCSA催化水解葡萄糖的最佳工艺条件为:反应温度200℃、反应时间2h、催化剂加入量为1.5g、葡萄糖加入量为1.2g、水的加入量40m L,最佳乙酰丙酸产率为33.18%。