选题背景和意义：资源能源问题是制约 21 世纪经济社会可持续发展的全球性问题，我国目前的化石资源能源储备量并不十分充裕，随着我国工业的高速发展，对燃料的需求越来越大，工业发展和资源短缺的矛盾日益突出。目前，液态燃料大量从不可再生的化石资源 (煤、石油、天然气) 中获取，但是随着化石资源的日益枯竭及化石燃料利用所带来的环境污染问题日渐突出, 寻找低成本、可再生的液体燃料制备新技术成为构建可持续发展人类社会的关键。
在可持续资源能源战略中，生物质资源以其原料来源丰富、再生速度快、减少温室气体排放、促进农业经济可持续发展等优势而成为不可忽视的重要产业。生物质资源作为唯一可再生和绿色的有机碳资源，被认为是取代化石资源生产液体燃料的理想替代品。在利用纤维素制备液体燃料时，为实现生物质资源的高值化利用,使用化学方法将其中的成分——纤维素——通过催化液化方法转化为长链含氧燃料前驱体,是实现其生物质资源有效转化的关键步骤。
目前，在纤维素催化转化为适合碳链增长的平台化合物的过程中，较为广泛地使用液体酸水解纤维素的方法,而这种采用液体酸催化剂的方法存在副产物多、易腐蚀设备和污染环境等诸多缺点;使用酶催化水解方法在工业生产中仍存在酶活性不稳定,酶处理耗时过长等不足;而近些年的研究发现利用固体酸作催化剂在保证产物的同时可以有效解决上述问题，因此关于固体酸催化剂对纤维素催化解聚、定向合成平台化合物的催化活性的研究就显得十分重要。
本课题通过实验研究几种常见固体酸催化剂的催化作用机理，为在温和条件下产生合适的羰基化合物提供依据，这一研究有助于生物质资源的高效化利用，将有效提高制备含氧燃料前驱体的产物的质量，提升产物的产率，简化相关生产过程。
课题主要探究的是固体酸催化剂对于纤维素催化反应过程的具体影响，研究过程重点如下：
（1）实现纤维素液相降解反应的条件优化，找出最优条件。利用常见的不同种类的固体B酸与L酸催化剂，通过实验改变催化剂种类、温度、溶剂等初始条件，比较产物的合成率，由实验得出不同种类的催化剂在催化纤维素解聚合成反应中催化活性及目标产物合成率随温度变化的关系，找出实现反应的最优条件；
（2）对于纤维素液相降解反应机理的实验探究。初步得出催化活性的变化关系后，深入考察催化剂的不同酸性、金属类型、催化剂孔道结构特点对于反应的影响，探究出不同催化剂导致催化活性不同这一现象的具体影响因素，从而揭示固体酸催化剂催化纤维素解聚合成平台化合物的构效关系；得出最优条件后，通过实验纤维二糖、纤维多糖在最优条件下的转化，探究得出催化剂对于纤维素解聚反应的作用机理。
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- 课题关键问题及难点：
- 文献综述（或调研报告）：
1、生物质及其利用途径
生物质资源在生活中是非常普遍的，包括农业资源、林业资源、动物粪便与尸体、沼气和城市固体废弃物等，还有不被人类农林业直接利用的秸秆、树叶和下脚料废弃物等物质。碳水化合物的量占到生物质资源总量的75％，碳水化合物主要由Ｃ、O、Ｈ三大元素组成，主要包括木质纤维素、淀粉、蛋白质等。其中，含量最大的是木质纤维素，它主要是由三部分组成，包括纤维素、半纤维素和木质素。半纤维素是一种主要是由戊聚糖和己聚糖组成，其中以戊聚糖为主，戊聚糖中木聚糖结构占主要成分。木质素主要是由系列被取代的酚类化合物通过复杂聚合形成的具有三维立体结构的大分子，结构复杂，解聚产物多样，木质素最常见的应用是造纸。纤维素的结构单元是葡萄糖，具有结晶度高、分子量大及线性结构等特点，是制备生物乙醇及生物发酵的重要原料。
生物质资源的利用途径主要包括物理转化、热化学转化和生物化学转化等，通过这些转化方式可将生物质转化为含氧燃料和化学品等。生物化学转化即通过微生物的厌氧发酵技术来制取液体或气体燃料的过程，主要应用于淀粉或糖类化合物的酶催化转化过程中。同时由于木质素结构紧密复杂，导致酶催化木质素转化过程存在周期长、转化效率低等缺点，不利于木质素的进一步转化为含氧燃料和化学品。热化学转化可分为直接燃烧、热解、气化和液化四种转化形式，其中直接燃烧是最简单的生物质利用方法，但直接燃烧的热效率较低，同时燃烧带来大气污染及资源浪费等问题。而生物质液化是指以水或有机溶剂为反应媒介，通过添加催化剂，将生物质中的大分子降解成具有强烈反应活性的小分子碎片自由基，小分子通过进一步的重聚反应成为分子量较大的液态新物质。
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