在国民经济发展和现代的化学工业生产中,催化技术发挥着至关重要的作用,酸催化作用是催化技术的重要组成部分。近年来,针对长期使用的液体酸催化技术存在的问题,开展了广泛地寻找替代液体酸催化剂的研究工作。固体酸具有容易与液相反应体系分离再用、不腐蚀设备、后处理简单、污染物排放少、热稳定性好,可在较高温度范围内使用,能扩大热力学上可能进行的酸催化反应的应用范围等特性。成为催化研究领域热点。许多引人瞩目的研究成果已见报道,明显地加快了在化学工业上取代液体酸催化技术的进程。但现有固体酸的强酸酸密度,酸种类的分布以及反应介质的稳定性仍是实用中的瓶颈难题。围绕着这些问题我们开展了一系列系统的研究工作,研制了一种新的液态三氧化硫磺化法,制备了25种新型固体酸,研究了它们在生物柴油的制备,小分子酯化等反应中的催化活性,得到了创新性成果。主要内容如下：1、针对目前碳基固体酸酸量较低的缺点,研制了一种新型的磺化方法,采用液态三氧化硫为磺化试剂,制备了21种新型的碳基固体酸,这些固体酸的磺酸含量比其他方法制备的固体酸高出10-50%。最高的磺酸含量达到5.4 mmol g-1,比文献中报道的最高的碳基固体酸的磺酸量高0.6 mmol g-1,并证明了所有S元素均以稳定的磺酸基的形式与碳基质相连。同时,揭示了液态三氧化硫磺化法的磺化机理,发现了液态三氧化硫高效的磺化能力主要是源于自由基的磺化历程。2、将制备出的碳基固体酸应用到贝克曼重排反应,苯甲醛和乙二醇的缩合反应,甲基环氧乙烷的水解,油酸和甲醇的酯化(生物柴油制备反应)等反应中,其催化效果好,稳定性高。其中,CMFDU-14-SO3H固体酸催化甲醇与油酸酯化可以得到98%的油酸甲酯的产率。比文献中同类固体酸催化的最高产率高出23%。3、针对当前固体酸活性位的利用率较低的缺点,采用液态三氧化硫磺化法制备了三维石墨烯固体酸,磺酸含量高达4.0 mmol g-1,3D结构提供三维石墨烯固体酸的机械强度优势和快速电子传输能力,能够像酶催化剂一样在微区间里与反应物进行相互作用,反应物与酸性活性位可以充分的接触,石墨烯的碳结构在催化反应中可以提供优良的传递电子作用。将制备的固体酸作为催化剂应用到了乙酸和环已醇的脂化,油酸的酯化反应和甲基环氧乙烷的水解反应中表现出优良的催化活性,这些结果证明液态三氧化硫磺化法制备的三维石墨烯固体酸催化剂是一种催化性能好,结构稳定的催化剂。为催化剂的设计制备提供了一种新的思路。4、针对无机分子筛强酸位数量较低的缺点,采用液态三氧化硫磺化法,在较低的温度下对以SBA-15为代表的的硅基材料进行磺化,制备出带有高酸密度的硅基固体酸。磺酸含量达到1.9 mmol g-1,比其他方法制备的磺酸型固体酸酸量高0.9 mmol g-1。制备的固体酸催化活性好,稳定性高,将液态三氧化硫磺化法的适用性从碳类材料推广到无机硅类材料,说明新型三氧化硫磺化法可以为绿色固体酸催化材料的制备增加更多的选择。5、针对甲醇与油酸酯化这种类型的催化反应我们设计并制备了苯乙烯-二苯乙烯共聚材料,并用液态三氧化硫磺化法将其转变成为聚合物固体酸,其磺酸量高达6 mmol g-1 。是当前酸量最高的固体酸。作为酸催化剂应用于油酸的酯化反应中,在较低的温度(65℃),甲醇和油酸较小(5：1)的比例下,就可得到较高的油酸转化率(95%),是当前催化甲醇与油酸酯化的最高效的固体酸催化剂。经过5次循环,油酸甲酯的产率没有明显下降(3%)。这种新型的酸催化剂将成功的为生物燃料的制备提供一条新的途径。6、通过DTPA和铝盐的一个简单均匀沉淀反应,制备了纤维状Al-DTPA配合物,采用适宜的温度进行碳化纤维状Al-DTPA配合物,获得了含铝N-掺杂纤维,通过简单的硫酸溶剂热处理制备出N-掺杂多孔碳纤维固体酸。磺酸含量达到1.8mmol g-1。采用液态三氧化硫磺化法制备了N-掺杂多孔碳纤维固体酸,磺酸含量高达2.5mmol g-1。我们成功地将液体三氧化硫磺化法扩展到利用N-掺杂碳纤维固体酸的合成之中,这个简单的,可大量的合成方法为获得纳米多孔氮-掺杂的碳纤维提供了一个新的工业合成路线,为制备固体酸催化剂提供一种可行的新方法。