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在诸多生物基C4化学品中，2，3-丁二醇相较富马酸、琥珀酸、丁醇等平台化合物有着更高的发酵水平，可成为更佳的生物基平台化合物。但过高的分离提纯成本制约着2，3-丁二醇后续的开发利用，若能开发较低浓度而非高纯度2,3-丁二醇的直接转化技术，将极大促进2，3-丁二醇后续化学品网络的构建。通过催化脱水技术，2，3-丁二醇(BDL)可以转化成诸多大宗化学品如丁酮(MEK)，丁二烯(DBE)以及异丁醛(MPA)等。丁酮作为优良的有机溶剂，工业上一般由丁烯水合脱氢两步法制得，若由生物基2，3-丁二醇催化脱水制取工艺将更为简单绿色。催化剂的开发为本论文的研究重点，研究围绕沸石分子筛材料，开发出了较低浓度2，3-丁二醇高效脱水沸石基催化剂。并系统考察了催化剂载体、改性物种及含量、反应工艺参数（包括原料浓度、手性组成、液体流速、反应温度、载气流速及组成等）对催化活性的影响，结合XRD、BET、NH3-TPD、FT-IR等表征手段较为深入地探讨了催化剂表面酸特性、活性物种及脱水活性的关联，揭示了2，3-丁二醇反应机制。所取得的研究结果分述如下: 1)基于NaY分子筛利用Design-Expert响应面软件系统获取优化反应工艺参数的基础上，对比考察了Al2O3、NaY、HY、HBeta、HZSM-5（Si/Al=38～360）等固体酸催化剂2，3-丁二醇脱水活性，并研究了HZSM-5分子筛骨架硅铝比对脱水活性的影响。结果显示高硅HZSM-5(360)分子筛有着优异的脱水性能，200℃下BDL转化率达90.9％，MEK选择性为68.3％，酸表征揭示BDL低温脱水活性受强酸位点控制。 2)考察了铝、铁、镧改性低硅HZSM-5(38)及高硅HZSM-5(360)分子筛催化2，3-丁二醇脱水活性。改性HZSM-5(360)分子筛系列总体活性明显高于HZSM-5(38)分子筛系列，说明催化剂载体本身硅铝比对活性影响较大。测试温度区间内MEK收率最高的为Al/HZSM-5(360)分子筛，350℃下可达83.5％。NH3-TPD结果表明，低温脱水活性主要受强酸位点控制，随着温度的升高，弱酸及中强酸位点亦有助于反应的进行。2，3-丁二醇脱水反应可以看作是一个经典的频哪醇重排反应，质子活化过程直接影响到BDL转化率的高低，MEK生成过程可看作是氢质子转移过程，MPA形成则是甲基转移过程，两者对表面酸度的需求不同。 3)引入硼、磷等非金属物种修饰高硅HZSM-5(360)分子筛并用于BDL脱水反应，结果显示少量硼、磷物种可极大提升BDL脱水活性，其中磷的引入可调控产物中丁酮(MEK)选择性。硼改性催化剂以1.0B/HZSM-5(360)较佳，180℃下BDL转化率97.2％，MEK选择性68.7％。对于H3BO3修饰后的HZSM-5(360)分子筛，表面B-OH物种及并存的活性硅羟基视为活性中心。磷改性最佳催化剂代表为2.0P/HZ分子筛180℃下BDL转化率为100％，MEK选择性70％;4.0P/HZ分子筛220℃下BDL转化率为100％，MEK选择性81.3％。表征显示，MEK选择性相对较高的4.0P/HZ、6.0P/HZ、8.0P/HZ表面酸位点则以弱酸及中强酸为主。FT-IR揭示NH4H2PO4修饰后的HZSM-5(360)表面磷物种与分子筛表面发生了反应以贫羟基活性物种形式存在。 4)基于钼、磷复合修饰高硅HZSM-5(360)分子筛，于脱水反应工艺基础上开发了BDL一步氧化制取2，3-丁二酮(DBO)工艺。O2的引入提升BDL转化率的同时，更能调节产物分布，极大地促进DBO的生成，与BDL脱水途径形成明显竞争。其中最佳催化剂代表为Mo6.0-P/HZ:260℃下BDL转化率为100％，MEK选择性24.5％，DBO选择性57.6％，远高于MEK氧化制取DBO约40％的收率。高Mo含量（Mo/P比＞3.0）的分子筛上DBO选择性提升源于MEK及MPA的二次转化，低Mo量的改性分子筛则源于MEK的转化。表征结果表明Mo0.2-P/HZ、Mo0.5-P/HZ分子筛表面存在的高分散Mo物种，覆盖了分子筛原有的弱酸位点（导致弱酸位点数下降明显），而且并具有较强的酸特性（能够维持中强酸及强酸位点数不下降）。当Mo/P比超过1.5后TPD新增380及510℃附近的2个峰，可归为中强酸及强酸位点，可归为表面的MoO3物种所引起的，亦说明Mo物种具有较强酸性。