在全球航空业不断发展、化石能源不断消耗的大背景下,基于木质纤维素生物质合成生物质基航空煤油具有重大的经济意义、环保意义和战略意义。以生物质平台化合物为反应物进行的羟醛缩合反应是制备生物质基航空煤油的关键步骤。虽然碱催化羟醛缩合效率高、成本低,但由于生物质转化过程大多处在酸性环境中,因此酸性催化剂更适用于制备生物质基航空煤油过程。分子筛,由于酸碱催化位点可调控以及较强的耐酸性,是一种理想的酸催化剂。然而分子筛在制备生物质基航空煤油羟醛缩合关键步骤上的应用还存在效率不高、易结焦、水热稳定性差等亟待解决的问题。本论文围绕分子筛催化剂和生物质基航空煤油合成中关键的碳碳键形成反应,以生物质平台化合物糠醛、5-羟甲基糠醛以及乙酰丙酸为原料,改性分子筛为催化剂,开展羟醛缩合反应催化合成生物质基航空煤油中间体的研究。首先研究了两种不同拓扑结构的锡改性微孔分子筛(Sn-MFI和Sn-Beta)对糠醛和丙酮羟醛缩合反应的催化性能。结果表明,由于孔道扩散的影响,Sn-Beta的催化活性显著高于Sn-MFI。然而,由于Sn-MFI的十元环结构,Sn-MFI表现出了产物择形性,能高选择性地生成单缩产物。由于水能进入分子筛孔道部分占据催化位点,导致反应物可接触的催化位点变少,因而在含水体系中两种催化剂的催化活性都显著降低。同时,Sn-Beta在高含水量的体系中产物选择性发生改变,能选择性地只生成单缩产物。随后,针对微孔MFI分子筛在反应中存在的扩散、水热稳定性以及结焦碳化的问题,研究了多级孔结构对MFI分子筛上述问题的改善作用。由于多级孔MFI分子筛的比表面积、外表面积以及介孔体积更大,内扩散更快,因而催化效果更好;多级孔MFI分子筛因为更大的外表面积以及介孔的存在,会生成双缩产物。相比于微孔MFI分子筛,多级孔MFI分子筛的水热稳定性得到提升,在含水体系中的催化活性保持不变;不同于纯有机相体系中的产物选择性,多级孔MFI分子筛在含水体系中更倾向于生成双缩产物。除此之外,多级孔MFI分子筛因为扩散限制得以改善,所以多级孔MFI分子筛的积碳程度比微孔MFI分子筛低。其次,由于多级孔结构对微孔MFI分子筛催化活性以及水热稳定性的改善效果有限,而碱金属被广泛用于分子筛改性上,因此研究了钾改性对Sn-MFI分子筛催化性质的提升作用。CO2-TPD与吡啶吸附红外测试表明,钾改性的Sn-MFI分子筛拥有了新的碱性催化位点,同时原有的路易斯酸性也得到了增强。元素地图表明一部分钾相分布在分子筛表面。在酸碱协同催化作用下,钾改性Sn-MFI分子筛的催化活性大幅增强,总产物产率高达85.0%,总产物选择性高达95.0%。由于钾相带来的碱性位点以及钾相多分布在外表面,因而钾改性Sn-MFI的水热稳定性得到提升,在含水体系中催化活性不变,且更倾向于生成双缩产物。再次,在综合多级孔结构与钾改性优势基础上,研究了钾改性多级孔MFI分子筛对糠醛与乙酰丙酸羟醛缩合反应的催化性能。CO2-TPD与吡啶吸附红外测试表明,钾改性多级孔MFI分子筛具有酸碱两种催化位点。与钾改性微孔MFI分子筛相比,钾改性多级孔MFI分子筛的比表面积、外表面积以及介孔体积都得到增加,其外扩散限制得到改善。催化实验结果表明,钾改性多级孔MFI分子筛在水相中表现出优异的催化活性,产物总产率可达70.6%。同时,由于碱性催化位点居多,δ-FDLA是主要产物。最后,由于介孔分子筛的扩散限制较轻,比表面积大、容易进行表面改性,同时考虑到锡、镓等金属的成本较高,而铁价格低廉且铁的前驱体广泛,因此研究了铁改性介孔MCM-41分子筛对糠醛、5-羟甲基糠醛与丙酮羟醛缩合反应的催化性能。吡啶吸附红外测试表明,铁相的添加提升了 MCM-41分子筛的路易斯酸性。催化实验结果表明,使用铁改性介孔MCM-41分子筛做催化剂,糠醛与丙酮总缩合产物产率达67.5%,5-羟甲基糠醛与丙酮总缩合产物产率达44.6%。