利用唯一含有固定碳的可再生资源——生物质制备高附加值化学品可降低现代化工对化石资源的依存度,并缓解当前化石资源储量日益减少所带来的发展瓶颈。同时,“碳中性”的生物质资源的使用有助于减轻过渡使用化石资源所引起的温室效应等一系列环境问题。因此,大力开发生物质高值化利用对于保障我国能源安全,以及可持续发展具有重要的战略意义。本论文针对目前生物质尤其是木质素转化过程中存在催化剂回收困难,产物选择性低等科学问题,以多功能离子液体为催化剂,构建了系列新型催化体系,并系统研究了木质素及生物质在多功能离子液体催化作用下选择性转化为高附加值化学品的反应性能及其规律,并提出可能的反应路径,具体研究内容如下:(1)基于两亲分子木质素的自表面活性,本文首先构建了一类新型的正丁醇/水油包水乳液反应器,并考察了功能化酸性离子液体催化剂原位催化木质素解聚的反应活性。通过系列现代表征手段对木质素的自表面活性、粒径分布、表观形貌、表面张力、亲水亲油平衡值以及乳液反应器的木质素增溶效应等进行了详细分析。实验结果表明,所构建的反应体系表现出了明显地乳液特性,自表面活性剂木质素能够聚集在油水界面,对木质素具有显著地增溶效应和强化木质素解聚作用。研究发现,在优化条件下(523 K,30min),木质素的解聚率高达89.1%,单酚收率为29.60 mg?g-1,同时具有较高的产物选择性。在该反应体系条件下,木质素的α-O-4、β-O-4等亲水性基团处于油水界面中,有利于与催化剂接触断裂,相对于甲醇-水,乙醇-水等非乳液体系表现出优异的反应活性以及过程强化作用。反应后,由于木质素的表面活性降低,体系重新形成两相,其中木质素的解聚产物存在于正丁醇相中,而离子液体催化剂存在于水相中,通过简单处理即可回收催化剂。(2)设计了系列具磺酸功能化阳离子、金属离子和磷钨酸根阴离子的多功能磷钨酸型离子液体,并考察了该类型离子液体选择性催化木质素氧化的反应性能。研究发现,在优化的条件下(433 K,5 h),木质素的转化率达到90.7%,马来酸二乙酯的收率为153.60 mg?g-1,且选择性高达59.32%,高于目前文献报道水平,因此,实现了木质素高选择性转化。同时,该反应体系对多种木质素同样具有高效的催化效率,离子液体中的磺酸基团、金属离子和磷钨酸根离子之间存在明显的协同作用。由于磷钨酸型离子液体在乙醇介质的溶解度受温度影响显著,因此,可利用温控效应实现其自分离。此外,磷钨酸型离子液体也表现出了良好的重复使用性能(重复使用5次,活性未见显著降低)。在此基础上,我们进一步探索了多种模型化合物在该体系中的转化规律和产物分布,并以此提出了可能的反应路径和催化机理。(3)考察了磷钨酸型离子液体在乙醇中催化氧化生物质全组分制备马来酸二乙酯的反应性能。实验结果表明,磷钨酸型离子液体催化剂具有高效的催化活性。在443 K,4 h的反应条件下,蔗渣的转化率高达96.7%,而马来酸二乙酯的收率达到了219.80 mg?g-1,选择性为59.9%。另外,该催化剂对多种生物质同样具有高效的催化效率,例如:玉米秸秆的转化率高达93.8%,并且可得到329.58 mg?g-1的马来酸二乙酯。离子液体经过固-液-固转化过程,实现催化剂高效的回收效率,重复使用6次后仍保持较高的催化效率。多种模型化合物氧化制备马来酸二乙酯的反应规律研究发现,在该体系中,小分子产物能够通过缩合反应转化为马来酸,进而转化为马来酸二乙酯,是实现马来二乙酯高选择性的重要因素。该体系的构建为生物质高值化利用提供新的途径,具有非常巨大的应用潜力。