伴随着原油开采量的不断增加,呈现出原油资源劣质化加剧、渣油比例增加、可直接使用的轻油量减少等问题。渣油含有大量残炭、硫、重金属、氮等杂质元素,以及较多的非理想成分如胶质、沥青质等。因此,具有高通透性、大孔隙率以及不同级别孔径分布集中等特点的多级孔氧化铝的研发已经成为未来加氢处理催化剂载体发展的趋势。本文主要围绕以廉价无机铝源和尿素为原料,通过水热法合成系列具有多级孔结构的氧化铝载体。详细探究了不同形貌多级孔氧化铝形成的机理及其负载Ni和Mo活性组分所制系列催化剂在加氢处理中的应用,并采用诸多表征技术对催化剂进行表征,对多级孔结构催化剂的构效关系进行探讨。主要结果归纳如下:首先,我们以硫酸铝和尿素为原料,不添加模板剂,采用水热方法制备一种由纳米丝线缠绕的鸟巢状多级孔氧化铝微米球。压汞仪测定结果显示,所制氧化铝样品具有两个孔径分布峰,峰值分别对应20 nm和900 nm,其中介孔由纳米丝线缠绕而成,而大孔则由微米球中空贡献,样品孔容达到0.93 cm3·g-1。由于其独特的鸟巢状孔结构特性,将其制备成NiMo/nest-like γ-Al2O3加氢脱金属(HDM)催化剂后,与传统的商业催化剂相比,表面活性金属分散度与催化剂的扩散性能有了明显的提升,并在HDM反应中表现出优良的催化性能特别是较长的使用寿命。其次,运用柠檬酸调变的水热法,对上述所合成的具有高通透性的大孔—介孔鸟巢状氧化铝进行调变,得到系列具有多级孔结构的空心氧化铝微米球。利用柠檬酸与铝离子之间的螯合作用,抑制氧化铝初级粒子的聚合,从而得到高比表面积、颗粒均匀的氧化铝材料。通过此法所制备的多级孔结构氧化铝微米球的晶粒大小可调,从而可以调控所得产物的比表面积,孔体积和表面酸性。将其负载Mo、Ni活性组分后,制备了一系列加氢脱硫(HDS)催化剂。考察催化剂在大分子二苯并噻吩(DBT)HDS反应中的催化活性和选择性。评价和表征结果表明,具有高传质效率的多级孔MoNi/Al2O3-xCA催化剂与传统的单一介孔MoNi/cAl2O3相比,表现出优良的HDS活性;其中具有较高比表面积,适当酸度的Al2O3-0.3CA载体所制备的催化剂具有最高硫化度及活性相分散度,表现出最佳的HDS催化性能。再次,在工业制造中,催化剂载体颗粒内的大孔,通常是通过在成型阶段加入造孔剂获得。这些造孔剂可以通过煅烧去除,从而形成相应的大孔。但这种方法所制介孔—大孔氧化铝载体颗粒堆积密度偏小,机械强度低,孔道较易坍塌。为此,我们研制了具有一定结晶度的氧化铝纳米棒组装的介孔氧化铝微米球。这类氧化铝微米球在后续成型工艺中,无需经过传统的造孔过程,一步组装形成具有大孔结构的载体颗粒。氧化铝微米球所具有的这种独特的结构特点和显著的机械稳定性使得所形成的氧化铝载体在保持原有的介孔(平均孔径为12.2 nm)的同时,还具有高连通性的大孔(平均孔径为265 nm)。这种具有介孔—大孔结构和大比表面积的多级孔氧化铝载体,可使活性组分Mo、Ni活性组分较好地分散,相应的介孔—大孔MoNi/A1203催化剂与只有单一孔型的传统催化剂相比,对加氢脱金属(HDM)和加氢脱硫(HDS)反应均表现出更高的催化活性和更长的使用寿命。这种大孔—介孔氧化铝载体易于制备,为渣油加氢处理工业催化剂载体的选择提供了有希望的替代方案。最后,探讨中空氧化铝微米球的形成机理。上述研究结果表明,在水热反应初始阶段的无定型微米球的形成与性质决定最终中空氧化铝微米球能否成功形成。中空氧化铝的形成与水热合成中所涉及到的温度,反应物浓度,pH值等因素有关。分析和结合种种实验现象,在经典Ostwald熟化机理的基础上,提出一种以粒子比表面自由能差异为推动力的熟化机理,合理地解释了中空氧化铝微米球形成的原因。此外,创建数学模型来定量描述各种因素对无定型氧化铝微米球尺寸的影响规律,这对中空氧化铝微米球的调控具有指导意义。