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我国化石能源的结构特点为煤多、油少、天然气不足。近年来,受能源供应矛盾突出和运输环境的约束,我国将生产关系国计民生的基础化学工业产品(如:合成氨、甲醇)和新型煤化工工业产品(如:煤制烯烃、煤制油、煤制乙二醇和煤制天然气)等用的原料转向品质差、含硫量高的烟煤或褐煤、重油和渣油等。氢气是上述工业产品生产中的必须原料,工业上主要是通过水煤气变换反应(CO + H2O = H2 + CO2)制得。Co-Mo系耐硫变换催化剂因其具有耐硫无上限、活性温区宽等特性,近年来在工业上得到广泛应用。本论文针对高压Co-Mo系耐硫变换催化剂低温活性差,及Co-Mo系耐硫变换催化剂活性相结构不明确等问题,从催化剂活性相前驱物、焙烧温度和载体改性三方面入手,利用XRD、BET、H2-TPR、Raman、XPS、HRTEM和ESR等表征手段深入探讨催化剂的构效关系,尝试揭示Co-Mo系耐硫变换催化剂的活性相结构及作用机制。首先,开展了 Co-Mo系耐硫变换催化剂的活性相结构研究。针对传统Co、Mo络合液共浸渍法制备样品中物种(如MoS2、Co9S8和Co-Mo-S等)复杂,不利于催化剂活性相确定的问题,本论文选用同时含钴和钼活性组分、且结构确定的Co2Mo10Am杂多酸为前驱物,制备了活性物种相对简单Co-Mo耐硫变换催化剂。发现Co2Mo10/Al2O3样品的水煤气变换活性显著高于Mo/A1203样品,相关表征表明Co2+可抑制Mo6+物种的过度还原,促进了“oxysulfo-Mo5+”相的生成,Co-Mo耐硫变换催化剂的活性相是由MoS2纳米层和位于其边缘Co2+构成的Co-Mo-S 相。其次,考察了焙烧温度对Co-Mo/MgAl2O4催化剂性能的影响。发现随着焙烧温度从500 ℃升高到800 ℃,催化剂活性呈现先升高后降低的趋势,700 ℃焙烧样品的水煤气变换活性最佳。相关表征表明催化剂的活性跟样品中CoxMg1-xMoO4化合物的出现存在一定的相关性。该中间物种的出现有利于Co-Mo-S活性相的生成,进而提高催化剂的催化性能。但过高的焙烧温度,会造成催化剂比表面积严重下降,催化活性降低。此外,针对Co-Mo/MgAl2O4高压耐硫变化催化剂低温活性差的问题,我们开展了添加酸性氧化物(如Nb2O5、ZrO2)改性MgAl2O4载体的研究。发现适量添加酸性氧化物可显著提高催化剂的低温活性,但过量添加会造成催化剂整体活性降低。相关表征表明适量添加的酸性氧化物可增强催化剂的表面酸性,促进反应中间产物的解离,进而提高催化剂的低温活性。但添加过量则会导致载体表面酸性过强,不利于钼酸盐活性组分在载体表面的分散,进而导致催化剂活性降低。