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五羟甲基糠醛（5-HMF）是一种重要的平台化合物，具有很好的反应特性，通过进一步的反应可以衍生出众多的下游产品。目前，大多数的5-HMF都是通过葡萄糖或者果糖制得，而生物质资源作为世界上储量最丰富的可再生资源之一，价格低廉，但是大部分都未得到有效利用。本文将以微晶纤维素为原料，对纤维素一步法直接制备5-HMF进行实验和理论的研究。具体研究内容如下：首先，以微晶纤维素为原料，离子液体为溶剂，金属氯化物为催化剂，考察了离子液体种类、金属氯化物种类、反应温度、反应时间、离子液体和催化剂用量等因素对葡萄糖和五羟甲基糠醛（5-HMF）收率的影响。通过实验研究确定溶剂和催化剂分别为1-丁基-3-甲基咪唑氯（[BMIM]Cl）和三氯化铬，最佳反应条件为：微晶纤维素：离子液体=1:10（质量比），CrCl3用量为6.8mol％（基于纤维素分子中葡萄糖单元），反应温度为160℃，反应时间为1h。在此条件下葡萄糖收率为31％，5-HMF收率为61％。除此之外，对[BMIM]Cl回收的可行性及回收效率进行了研究，研究表明在经过一次反应后，[BMIM]Cl结构并未发生改变，可以重复利用，其回收率为35.2％，二次反应中5-HMF产率为36.4％。其次，以相同的物料比对[BMIM]Cl—萃取剂两相体系中制备葡萄糖和5-HMF进行了研究。通过实验确定最佳萃取剂为甲苯，最佳反应条件为：反应时间3h，反应温度130℃，甲苯/[BMIM]Cl相比为4.4:1。在此条件下葡萄糖收率为27％，5-HMF收率为55％。[BMIM]Cl可重复利用两次：第一次回收率为70.9％，应用于微晶纤维素的降解所得5-HMF收率为64.7％；第二次回收率为45％，应用于微晶纤维素的降解所得5-HMF收率为39.6％。文中还对一相体系和两相体系在能量消耗、操作性、[BMIM]Cl的重复利用性和产物产率几个方面进行了比较，实验结果证明两相体系更适合于纤维素降解制备葡萄糖和5-HMF的反应。最后，以微晶纤维素为原料，在温度为140~170℃、催化剂CrCl3用量为1~2﹪以及离子液体[BMIM]Cl与微晶纤维素质量比为5:1~15:1的条件下对纤维素的降解动力学作了研究。建立了反应模型，测定了模型中主要组分在反应中随时间的变化，通过MATLAB对数据进行拟合计算出动力学参数，包括反应速率常数和反应活化能。实验数据显示，在离子液体体系中纤维素降解的速率常数小于葡萄糖降解成5-HMF的速率常数，并且温度越高，差距越大。这说明在离子液体体系中相对于葡萄糖的降解，纤维素的降解是一个慢反应，是整个反应的速度控制步骤。实验还发现：CrCl3几乎能同等程度提高纤维素降解和葡萄糖降解的速率常数，实现纤维素→葡萄糖→5-HMF的同时转化；与CrCl3相比，离子液体能更高效的提高纤维素降解和葡萄糖降解的速率，5-HMF的降解速率常数相对也较小；实验所用离子液体催化体系能很大程度上降低反应的活化能。动力学数据线性回归表明：纤维素、葡萄糖和5-HMF的催化降解均为一级反应。