传统能源的枯竭危机日益明显,其大量使用所带来的环境问题亟待解决,寻求一种可再生的清洁能源成为世界瞩目的研究领域。生物质资源作为可再生资源,具有储量丰富、无污染等化石资源无可比拟的优点,是传统能源的理想替代资源。高效利用农林废弃物等生物质资源不仅可以缓解全球性增长的能源需求压力,还可以实现改善环境的目标。乙酰丙酸酯是具有高附加值的化学品,广泛应用于香料、燃料、医药和增塑剂等领域,但其合成原料的成本较高。由生物质资源制备得到乙酰丙酸酯可以有效降低成本,大规模工业化应用对保障能源需求等可持续发展战略具有重要意义。本文以提高乙酰丙酸酯的产率为目标,研究秸秆类纤维生物质在液化过程中中间产物的变化规律,分析乙酰丙酸酯的转化合成机理,以期为高效利用生物质资源提供理论依据。主要研究内容如下:1)以葡萄糖为模型化合物,研究探讨其在乙醇/硫酸催化体系中的液化转化及产物组成规律。通过正交试验法分析各因素对液化效果的影响,选用L25(56)正交表设计实验,考察催化剂用量(A)、反应温度(B)、反应时间(C)和固液比(D)等因素对乙酰丙酸乙酯(Ethyl Levulinate,EL)及中间产物得率的影响规律,结果表明各因素对乙酰丙酸乙酯得率的影响程度大小为A?B?D?C,随后对反应时间和反应温度进行了单因素实验分析,最终得出优化条件:催化剂硫酸的用量为10%,反应温度为190oC,反应时间为40 min,固液比为1:15。在最佳实验条件下,乙基葡萄糖苷(Ethyl-glucoside,EG)的得率为0.73%,5-羟甲基糠醛(5-Hydroxymethylfurfural,HMF)的得率为0.42%,5-乙氧基甲基糠醛(5-Ethoxy methyl furfural,EMF)的得率为2.18%,乙酰丙酸乙酯的得率为41.05%,由不同液化条件下的产物及主要产物的得率变化推测得知,葡萄糖加压液化形成乙酰丙酸乙酯的可能机理为,首先葡萄糖经脱水得到葡萄糖苷,葡萄糖苷进一步发生脱水、水解和醇解等反应,最终得到目标产物乙酰丙酸乙酯。2)研究模型化合物微晶纤维素在乙醇/硫酸催化体系中的液化转化及产物组成变化规律。利用单因素实验考察催化剂用量、反应温度、反应时间和固液比等因素对纤维素的液化转化率、乙酰丙酸乙酯和中间产物得率的影响变化规律,得到最佳实验条件,即10%的催化剂用量,反应温度200oC,反应时间60 min,固液比为1:15,此时,纤维素的液化率为85.00%,乙基葡萄糖苷的得率为2.63%,5-羟甲基糠醛的得率为0.36%,5-乙氧基甲基糠醛的得率为2.16%,乙酰丙酸乙酯的得率为38.56%。3)以小麦、玉米、棉花和水稻4种作物为原料,考察它们在乙醇/硫酸体系中的液化转化规律,结果表明,小麦秸秆的液化效果最佳,后续实验选用小麦秸秆作为考察原料,研究其在乙醇/硫酸催化体系中的液化转化及产物组成变化规律。考察催化剂用量、反应温度、反应时间和固液比等因素对原料的液化转化率和乙酰丙酸乙酯得率的影响变化规律,得到最佳实验条件,即催化剂用量为10%,反应温度为190oC,反应时间为60min,固液比为1:18。此时,小麦秸秆原料的液化率为75.00%,乙基葡萄糖苷的得率为0.01%,5-羟甲基糠醛的得率为0.15%,5-乙氧基甲基糠醛的得率为0.50%,乙酰丙酸乙酯的得率为18.11%。由不同反应温度和反应时间下的液化产物分布和得率规律,并结合模型化合物的液化机理,推测得知秸秆加压液化制备乙酰丙酸乙酯的反应路径和机理,秸秆组分中的纤维素首先降解为相应的单糖,单糖经烷基糖苷、5-乙氧基甲基糠醛、5-羟甲基糠醛和糠醛等反应中间体发生脱水、醇解、水解和还原等一系列反应,最终形成目标产物乙酰丙酸乙酯。4)为降低有机酸对设备的腐蚀,提高秸秆原料的液化转化率和目标产物乙酰丙酸乙酯的得率,将离子液体作为催化剂考察其对秸秆液化效果的影响。研究最初选用[BMIM]Cl、[BMIM]HSO4和[HSO3-BMIM]HSO4三种离子液体为研究对象,在相同条件下考察其对秸秆的催化液化效果,经实验研究发现,使用[BMIM]Cl和[BMIM]HSO4为催化剂时,秸秆原料的液化率仅为22.00%和39.67%,而使用[HSO3-BMIM]HSO4时的液化率高达85.80%,即[HSO3-BMIM]HSO4的催化效果最佳,因此,本论文采用[HSO3-BMIM]HSO4为催化剂,研究其在不同条件下对秸秆的催化液化效果。合成的[HSO3-BMIM]HSO4离子液体对秸秆液化具有较优的催化性能,在反应温度为200oC、反应时间为60 min、离子液体用量为26%的条件下,液化率高达85.50%,同时乙酰丙酸乙酯得率为9.97%,在液化产物中的GC含量为29.90%;液化产物中包含有醛、酮、酯、酸和酚类等含氧化合物,其中酚类化合物主要源于木质素的降解,其它化合物则主要源于半纤维素和纤维素的降解。