丁二烯作为一种重要的有机化工原料，其需求与之俱增。环保法规的日益严格也促进了生产烷基化汽油和甲基叔丁基醚所需异丁烷和异丁烯产量的增加，同时副产大量正丁烯。因此，通过正丁烯的氧化脱氢制备高纯度的丁二烯能够实现资源的高效利用。本论文主要对正丁烯氧化脱氢制丁二烯的催化剂进行一系列的研究，从而提高正丁烯的转化率及丁二烯的选择性。本文考察了不同制备条件下三种相态的钼酸铋催化剂的基本性质及反应性能的差异，并对反应条件进行了优化。催化剂的制备采用共沉淀法，反应性能的考察在固定床微反装置上进行。结果表明-Bi2Mo3O12和γ-Bi2MoO6具有较高的稳定性，而β-Bi2Mo2O9的热稳定性较差，在400℃焙烧或反应很容易分解为-Bi2Mo3O12和γ-Bi2MoO6。β-Bi2Mo2O9的反应性能介于-Bi2Mo3O12和γ-Bi2MoO6两者之间，与-Bi2Mo3O12和γ-Bi2MoO6催化剂按照摩尔比为1:1混合后的反应性能相当，验证了β-Bi2Mo2O9是按1:1的比例分解为-Bi2Mo3O12和γ-Bi2MoO6的。由于两相催化剂的协同作用，当-Bi2Mo3O12:γ-Bi2MoO6按质量比为1:9混合时，催化剂表现出最好的反应活性。在γ-Bi2MoO6催化剂反应体系中，反应温度为390℃，空速为400h-1，n(n-butene): n(O2): n(H2O)为1:0.75:9时，催化剂的反应性能最好。为了符合工业应用对催化剂耐磨损程度的要求，本文采用浸渍法制备负载型的钼酸铋催化剂并对其反应性能进行了考察。发现用二氧化硅小球作载体时，催化剂的反应性能最好。当用表面积较大的100-200目的二氧化硅小球作载体，并且活性组分γ-Bi2MoO6的负载量为30%时最利于正丁烯的转化。原因在于活性组分恰当的分散，这种催化剂的稳定性也很好。复合钼铋体系金属氧化物催化剂中，二价金属间的协同作用以及金属钼酸盐的质量比都会影响催化剂的反应性能，而且添加的二价金属不同，催化剂反应性能最佳的金属钼酸盐的质量比也不同。相比于用γ-Bi2MoO6催化剂，用共沉淀法制备的Ni6Co3Fe3BiMo12O51催化剂对正丁烯的转化率提高了11个百分点，丁二烯的收率提高了5个百分点。铋钼体系催化剂对正丁烯氧化脱氢制丁二烯的反应是晶格氧选择性氧化反应，反应遵循Mars-van Krevelen机理。通过对催化剂反应性能和催化剂氧移动性的研究得出晶格氧的氧移动性是影响催化剂反应性能的一个重要因素。