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由于化石燃料储量的递减和全球变暖问题的日益严重，可再生资源将会越来越得到大家的关注。储量丰富的生物质可作为燃料和各种化工产品有效的替代品。糖类，例如果糖和葡萄糖，可用于生产高附加值的化工产品。由生物质制备5-羟甲基糠醛(5-HMF)是生物质资源综合利用的研究热点之一。
5-羟甲基糠醛(HMF)是一种重要的化工平台化合物。它不仅可以替代石油加工得到的芳香化合物，而且还可用来生产液体燃料。目前主要是利用酸催化糖类脱水生成HMF，糖类主要包括单糖，二糖和多糖。菊粉在自然界中广泛分布，是由β-D-果糖苷键(1→2)连接多个果糖基而成的链状多糖，可在菊粉酶或酸性条件下水解生成果糖和葡萄糖，然后进一步转化为HMF，在酸性条件下直接将菊粉水解制备HMF是有可能的，这样可避免生产果糖的相应成本，据估计对生产HMF的工业化更有利。对于酸性催化剂来说，目前多采用液体酸催化剂，如硫酸、盐酸和磷酸等。这些催化剂不仅腐蚀生产设备且严重污染环境。因此，本文为了克服以上问题，研究了一种较新的合成HMF的方法，即在混合溶剂的体系下利用固体酸催化剂来催化菊粉水解脱水生成HMF。
本文研究了在水-2-丁醇双相体系中SO42--TiO2/丝光沸石固体酸作为催化剂催化菊粉和果糖转化制备5-羟甲基糠醛(5-HMF)的反应。
首先，该反应目前存在的主要问题是催化剂的选择性差、对设备腐蚀性大、对环境污染严重以及产品分离困难。因此要寻找一种高选择性、低腐蚀性、环境友好的催化剂。本课题采用新的制备工艺溶胶-凝胶-水热法制备了一系列活化的天然丝光沸石负载SO42--TiO2固体酸催化剂。应用XRD、红外吡啶吸附、FESEM、N2吸附-脱附等温线和X射线光电子能谱研究了制备的催化剂的表面状况，着重研究了催化剂中活性组分在载体表面的分布情况，实验结果表明活性组分在载体表面分散较好，二者之间的结合作用较为明显，这些可从催化剂的稳定性方面得到很好的体现。探讨了复合催化剂催化果糖脱水反应合成5-羟甲基糠醛的性能。发现STM0.2催化剂具有高的比表面积、丰富的表面酸性位和较高的热稳定性，显示出优良的催化活性。
其次，采用STM0.2催化剂开展了菊粉一锅法制5-HMF的研究，HMF的产率仅为25.2％。因此，用制备的STM0.2催化剂对菊粉先进行水解，水解温度80℃，水解时间30min，然后用同样的方法对水解液进行催化反应，产率达到了36.5％。
最后，本课题对SO42--TiO2/丝光沸石固体酸催化果糖脱水生成5-HMF的反应进行研究得到了很好的效果。通过考察反应时间、反应温度、反应溶剂、助剂、催化剂用量和果糖浓度等因素对果糖转化率和5-羟甲基糠醛收率的影响，并且对催化剂的重复利用进行了研究，确定果糖脱水制备5-HMF的最佳工艺条件为:反应温度160℃，反应时间3h，催化剂的用量0.4g，6wt％果糖吗，10wt％聚乙烯吡咯烷酮(pvp)。在该条件下，果糖的转化率为91.9％，5-羟甲基糠醛的收率为71.6％。