以可再生的糖类衍生物山梨醇为原料,通过氢解反应生产乙二醇和1,2-丙二醇等大宗化学品,对实现人类社会的可持续发展具有重要意义。开发新型高效的山梨醇氢解催化剂,将有助于提高山梨醇氢解反应绿色工艺的经济性。本文以新型碳材料——纳米碳纤维(CNFs)为载体,以Ru为活性组分,制备了山梨醇氢解Ru/CNFs粉末催化剂,并探讨了山梨醇氢解制备低碳二元醇的反应特征。以此为基础,借助CNFs在石墨碳毡(GF)基体上的原位生长技术,制备了CNFs/GF复合材料和Ru/CNFs/GF结构化催化剂,并将结构化催化剂应用于山梨醇氢解反应中。本文的主要研究工作和成果有以下几方面：(1)选用SHISEIDO CAPCELL PAK C18 AQ液相色谱柱,建立了山梨醇及其氢解产物中的1,2-丙二醇、乙二醇和甘油的高效液相色谱分析方法,该方法经济简便,具有较高的准确度和精密度。将山梨醇氢解产物溶液处理后,借助X-射线衍射(XRD)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)等分析手段分析了主要未知副产物。结果表明,反应体系中加入的碱性物质是氢解反应顺利进行所必需的催化剂,主要未知副产物是碱催化剂阳离子的有机酸盐或络合物,其生成过程与碱催化的中间不饱和物种的副反应有关。(2)以CNFs为载体、RuCl3水合物为前驱体制备了Ru/CNFs催化剂,在间歇高压釜中考评了Ru/CNFs催化剂的性能,并探析了Ru/CNFs催化氢解山梨醇的反应特征。结果表明,与活性炭负载Ru催化剂及专利中报道的山梨醇氢解催化剂相比,Ru/CNFs催化剂在较为温和的反应条件下表现出良好的催化性能,这主要得益于CNFs载体独特的织构性质。碱催化剂的金属阳离子通过形成山梨醇金属离子络合物参与到山梨醇氢解反应中,与Na+、K+和Ba2+相比,Ca2+作为碱催化剂阳离子更有利于二元醇的选择性和收率。由于山梨醇氢解反应涉及一系列脱氢和加氢反应,因此存在一个最优H2分压使得山梨醇转化率达到最大值。得益于CNFs独特的中孔结构性质,与其他催化剂相比,Ru/CNFs催化剂表现出较低的山梨醇氢解最优H2分压。(3)采用热重分析(TGA)、程序升温还原(TPR)、XRD、X-射线光电子能谱(XPS)、高分辨透射电镜(HRTEM)、N2物理吸附等方法表征了催化剂还原之前的焙烧过程对Ru/CNFs催化剂性质的影响,并在间歇高压釜中考察了焙烧对Ru/CNFs催化性能的影响。结果表明,催化剂还原之前的焙烧过程显著增加了CNFs表面含氧基团的数量并改变了Ru/CNFs的催化性能,经240℃焙烧的Ru/CNFs表现出最高的低碳二元醇选择性和较高的收率。焙烧过程对催化剂催化性能的影响与CNFs表面含氧基团的变化有关,增加CNFs表面含氧基团有助于提高低碳二元醇选择性。Ru/CNFs催化剂经焙烧、还原等热处理后,催化剂表面残余的少量Cl元素不会对Ru/CNFs的催化性能造成明显影响,因此,价格低廉且稳定性良好的RuCl3水合物是山梨醇氢解Ru/CNFs催化剂的最优Ru前体。(4)借助CNFs在GF基体上的原位生长技术,制备了CNFs/GF复合材料和Ru/CNFs/GF结构化催化剂,并将结构化催化剂应用于山梨醇氢解制备低碳二元醇的反应中。CNFs/GF复合材料的表征表明,CNFs/GF具有CNFs的中孔结构特征和良好的抗磨损性能,适于用作催化剂载体材料。将Ru/CNFs/GF结构化催化剂用作釜式反应器的搅拌桨叶,不仅可以克服Ru/CNFs粉末催化剂在实际应用中面临的催化剂／产物分离问题,还可以改善低碳二元醇产物的选择性。在山梨醇氢解滴流床连续工艺中,与Ru/CNFs粉末催化剂相比,结构化催化剂在大幅降低催化剂床层压降的同时还表现出较高的转化率和选择性。Ru/CNFs/GF结构化催化剂在滴流床反应器中的催化性能与其结构特征密切相关,在滴流床反应器中装填较多的具有较低CNFs生长量的Ru/CNFs/GF结构化催化剂,有助于提高山梨醇氢解反应过程中低碳二元醇产物的收率。