随着化石能源日益枯竭以及环境问题的突出，利用生物质资源替代不可再生能源变得尤为重要。纤维素作为自然界中最丰富的可再生资源之一，占生物质的35%～50%，是植物纤维的主要成分。而纤维素水解所得到的葡萄糖及其它产物，则可以作为平台化合物转化为重要的化工原料和燃料。因此，纤维素的转化和利用得到了广泛的关注。纤维素是由D-吡喃葡萄糖分子通过β-1，4糖苷键聚合形成的链状高分子化合物，如何将其降解成单糖或者低聚物是纤维素利用的关键。

目前，水解纤维素的方法主要有纤维素酶解法和传统酸水解法，但催化过程中均存在或多或少的不足。如纤维素酶水解效率较低、成本高;传统酸水解法对反应器腐蚀严重，产物与催化剂分离困难，催化剂回收再利用工艺复杂等问题。离子液体的应用，为纤维素水解提供了新的可行性途径，研究表明离子液体能够与纤维素上的羟基形成氢键破坏其分子内和分子间氢键达到溶解纤维素的目的，功能化的离子液体还可以在特定条件下水解纤维素并表现出良好的催化性能，不同的产物均可以达到理想的收率。然而，以离子液体作为催化剂，不但成本高，且粘度大、难分离，在实际的工业应用上受到严重的制约。Hara等首次报道了利用固体酸催化剂将微晶纤维素(MCC)降解为可溶性糖，随后竹子、玉米秸秆、柳枝等生物质被尝试用作制备催化剂的原料，经炭化、磺化后制得表面含有—SO3H、—COOH和—OH官能团的固体炭磺酸。

在水解过程中，—COOH和—OH作为催化剂的结合域，—SO3H作为催化剂的催化域，共同作用有效地促进纤维素分子中β-1，4糖苷键断裂，将纤维素降解为葡萄糖单糖以及可溶性低聚物。但是，固体炭磺酸表面较低的—COOH和—OH含量，降低了其与纤维素的结合能力，限制了纤维素的转化。如何提高固体炭磺酸催化剂与纤维素的结合能力，是促进纤维素水解的关键。

本文以竹子为原料，经不同温度预炭化、磺化得到不同的固体炭磺酸，通过优化水解条件实验选取出最优前驱体，负载1-丁基-3-甲基咪唑氯(［BMIM］Cl)后得到离子液体(IL)功能化的固体炭磺酸催化剂。考察了反应时间、反应温度等因素对催化剂活性的影响。

1实验部分

1．1原料、试剂和仪器

实验所用竹子为多年生毛竹取自于开封竹器加工厂废弃材料，粉碎过筛(900μm)后充分干燥。微晶纤维素(MCC，平均粒径50μm)购买于美国SIGMA公司，［BMIM］Cl(99%)购于河南利华制药有限公司。葡萄糖，98%浓硫酸，氯化钡，3，5-二硝基水杨酸，酒石酸钾钠，苯酚，无水亚硫酸钠，氢氧化钠等试剂均为市售分析纯;若无特殊说明，实验用水均为蒸馏水。NovaNanoSEM450型场发射扫描电子显微镜(SEM，美国FEI公司);JSM-7610F型场发射扫描电子显微镜(日本电子株式会社);Vertex70型傅里叶变换红外光谱仪(FT-IＲ，德国布鲁克光谱仪器公司);BrukerD8Advance型X射线衍射(XＲD，德国Bruker公司);VarioELcube型元素分析仪(德国Elementar元素分析系统公司);UV-1750型紫外-可见分光光度计(UV-Vis，日本岛津);Agilent1260型高效液相色谱仪(HPLC，安捷伦科技(中国)股份有限公司);差示热重分析仪(DTG，瑞士METTLEＲTOLEDO公司)。

1．2催化剂制备

取竹粉30g放入管式炉中，在N2气保护下以5℃/min分别升温至300、400、500和700℃，保持2h，自然冷却到室温，然后用大量水冲洗去除灰分，干燥后所得竹炭命名为BBn(n=3、4、5和7分别代表相应的处理温度)。将4gBBn和50mL浓硫酸加入到100mL三口烧瓶，N2气保护下于油浴锅中150℃加热搅拌13h，反应结束后自然冷却至室温。用大量去离子水(＞80℃)过滤冲洗所得固体，直至滤出液为中性，并用饱和BaCl2检测滤液中无沉淀产生。80℃干燥12h，得固体炭磺酸BBn-S。取0.5gBBn-S和50mL100mmol/L的［BMIM］Cl溶液加入100mL的锥形瓶内，将锥形瓶放入恒温振荡箱，在25℃下以200r/min的转速震荡48h后，采用高速离心机使固液分离。将负载离子液体的炭磺酸在80℃下干燥12h得到本实验催化剂，命名为BBn-S-IL。催化剂表面—SO3H的量采用酸碱中和滴定法测定。称取催化剂0.1g和20mL饱和氯化钠溶液于锥形瓶中，25℃超声1h，使催化剂中的H+于Na+发生质子交换。超声结束后将混合液固液分离，滤液以酚酞为指示剂，用0.01mol/L的NaOH溶液滴定，滴定实验平行3次取平均值。

催化剂负载［BMIM］Cl的量采用紫外分光光度法测量，在211nm处测［BMIM］Cl的吸光度，利用标准曲线法计算催化剂的［BMIM］Cl负载量;多次循环后催化剂［BMIM］Cl的负载量采用高效液相色谱法测量(流动相为水:甲醇(体积比95∶5)，波长设置为211nm，流速为0.5mL/min，ZorbaxSB-C18柱子)利用标准曲线法计算循环后催化剂的［BMIM］Cl负载量。