木质素是一种由三种苯丙烷单元通过C-O-C键和C-C键随机结合的大分子聚合物,在制备燃料及芳香族化学品方面具有巨大的潜力,但与纤维素相比,木质素转化技术存在着极大的困难。木质素具有结构连接复杂、在热化学转化过程中活性组分易缩聚、降解产物选择性差等特点,这些特点是阻碍木质素降解技术发展的主要原因。木质素催化解聚通过木质素结构单元断键、脱氧、苯环加氢、脱烷基、脱甲氧基等一系列反应,可以在相对温和的条件下实现木质素高效降解。稀土金属具有独特的电子云结构,在催化反应中表现出优秀的电子转移能力,稀土金属在石油裂解领域的应用已有多年,具有一定催化裂解和加氢效果。本论文以稀土金属为中心,设计制备了一系列含加氢金属的双功能催化剂,并系统地研究了这一系列催化剂在木质素催化解聚中的应用。通过化学还原法制备了镍、钴、镧多种金属修饰Ce-MCM-41的催化剂,通过TEM对改性后的催化剂进行表征,并对其催化解聚碱木质素Indulin AT的性能进行了探究。结果表明,Ce、Co、La、Ni金属颗粒均匀负载在MCM-41的孔道上,金属Ce平均粒径约为5nm,金属Co、La、Ni平均粒径为2～3 nm。Ce-MCM-41催化解聚木质素的乙醚萃取产物收率为19%,在Co、La、Ni中优选的Ni/Ce-MCM-41催化剂,在优化的反应条件下可将木质素高效解聚,得到46.1%的液体燃料收率。在4种催化剂作用下,木质素解聚产物的乙醚萃取产物中被确认的主要单体组成相同,均为2-甲氧基酚、4-甲基愈创木酚、4-乙基愈创木酚、4-丙基愈创木酚,Ce-MCM-41为催化剂时,单体产物最多的为4-甲基愈创木酚,而 Co/Ce-MCM-41、La/Ce-MCM-41、Ni/Ce-MCM-41 催化作用下单体产物最多的为2-甲氧基酚。通过在碳纳米管上负载稀土金属得到了 Ce-CNT和La-CNT两种催化剂,在温和条件下解聚商业碱木质素BCL,对得到的液相产物进行燃料特性表征,包括元素分析和热值测定,并对催化剂的催化效果和稳定性进行了测试。结果显示,铈修饰的碳纳米管金属颗粒小且分散均匀,在温和条件下对木质素解聚有显著效果,乙酸乙酯萃取得到的液体燃料收率可达到82%以上,优于La-CNT。解聚后经过萃取得到的液体燃料的含氧量和碳氢比均比原木质素低,同时热值高于原木质素,达26.3MJ/kg,表现出优秀的燃料特性。Ce-CNT在循环使用4次未见明显失活,表现出良好的抗积碳性能与稳定性。在Ce-CNT的基础上通过化学还原法复配加氢金属Ni、Pd、Ru,制备双功能金属催化剂,通过XRD和XPS对负载金属的价态进行了表征,优化了催化剂制备的条件,将催化剂用于生物质原料解聚和工业木质素IndulinAT解聚的研究。结果显示,稀土 Ce以Ce02形式负载在CNT上,加氢金属Ni则以金属单质形式存在。加氢金属负载时,PVP用量与金属质量比为1:1、还原时间为5h时,负载后解聚效果最好。使用Ni/Ce-CNT对生物质原料进行解聚时,在反应温度为300℃、反应时间2小时、反应体系为二氧六环-水-1%HC1时,单酚收率可达到21.4%。对IndulinAT进行解聚时,在反应温度为300℃、反应时间2小时、反应体系为二氧六环-甲醇时,优质液体燃料产率可达到56.0%,单酚收率达到3.4%。复配金属Ni和Ce表现出显著的协同作用,金属Ce主要作用于木质素大分子的催化断键,Ni主要作用于断键后产生的端口自由基的钝化,有效地避免了缩聚反应的进行。Ni/Ce-CNT在两种反应解聚中均表现出了较好的稳定性。多次循环后均未见明显失活。通过氢气还原法制备了一系列金属修饰Ce-ZSM-5并用于有机溶剂木质素及木质素模型化合物的解聚。实验结果表明,双功能催化剂Ru/Ce-ZSM-5具有高效解聚有机溶剂木质素的能力。木质素模型化合物的解聚结果表明,Ce对醚键的断裂没有明显效果,Ru和Pd等加氢金属对于醚键断裂和产物的加氢有很好的效果。这说明在木质素解聚反应中,稀土元素主要作用于C-C键的断裂而非醚键。综上,论文针对不同结构的木质素制备了以稀土金属为中心的系列复合金属催化剂,探讨了不同催化剂体系的作用机理,实现了木质素的高效转化。