催化是化学科学的一个重要领域,90%以上的化学过程中至少有一步需要催化剂的帮助。随着科学技术的发展,新技术和新材料的发明,以及环境保护条例的日益苛刻都需要研制新的催化剂材料、开发新的催化剂制备工艺。传统的催化剂制备主要有沉淀法、溶胶凝胶法法、微乳液法、浸渍法、离子交换法等,前三种适用于制备的催化剂组分含量较高的催化剂,而活性组分含量低的催化剂可以采用载体负载的方式,通过后面两种方法使活性组分负载到载体上。催化剂的各种制备方法具有各自优、缺点和适用方向。浆态床反应器以液相有机物为介质,具有移热效率高,催化床层无热点,易于实现恒温操作等优点。合成气一步法合成二甲醚是强放热反应,适合采用浆态床型反应器,但当前其催化剂制备主要采用工业甲醇合成催化剂与γ-Al2O3或HZSM-5脱水剂组合,但快速失活阻止了其进一步的工业应用。为了解决一步法浆态床二甲醚合成催化剂失活的难题,本课题组针对该催化剂的使用特性提出了一种完全液相工艺,前期研究表明,该方法制备的催化剂在浆态床中具有优异的稳定性和与传统方法相当的活性,量化计算也表明完全液相制备工艺对催化剂的结构和表面性质产生了显著影响,甚而影响到了反应机理。本文系在课题组前人的相关研究基础上,探讨完全液相制备的催化剂在固定床上的应用,以期探索完全液相法能否发展成为一种通用技术。本文首先采用完全液相法制备了 Al基固体酸催化剂及复合金属-金属氧化物Cu-Zn-Al催化剂,分别研究了其在固定床反应器上催化甲醇脱水及CO加氢的反应情况,并与传统方法进行了对比,分析了完全液相催化剂在固定床和浆态床催化性能差异的原因,最后给出了完全液相催化剂在固定床上应用的改进方案,并进行了实验验证,得出以下主要结论:1.完全液相工艺制备的催化剂有不同于传统方法催化剂的结构特点和表面特征,其在固定床上甲醇脱水和CO加氢反应中表现良好的稳定性并呈现出对乙醇合成的有效性。本研究认为,完全液相催化剂制备工艺可以发展成为一种具有普遍性的催化剂通用制备方法,通过改变热处理介质可以使完全液相催化剂拓展应用于固定床反应器,并保持其结构特点和催化性能。2.完全液相法制备的Al基固体酸催化剂结构为AlOOH,在用于固定床甲醇脱水反应时,初始活性较低,但随着反应的进行,活性逐渐升高并接近传统法制备、相同温度热处理催化剂活性水平。催化剂稳定性良好,580小时活性未见下降。3.完全液相Al基催化剂初活性低的原因是其表面附有含碳有机物,这些有机物覆盖了部分活性中心;随着反应的进行,表面含碳有机物逐渐脱除,活性位得以暴露,使脱水活性增加。4.完全液相法制备的复合金属氧化物Cu-Zn-Al催化剂用于一氧化碳加氢反应,除了表面碳物种覆盖活性中心外,还存在锌和铝元素表相富集的现象,这两个因素造成Cu物种表面含量低,催化剂活性低。研究表明,在完全液相工艺中,热处理介质与Cu元素作用较强,可导致Cu2+的还原,并在其表面覆盖一层碳膜,表面碳物种覆盖Cu为活性低的最主要原因。5.完全液相催化剂表面的碳物种是有机碳,并且以烃、羧酸、醛酮等形式存在于催化剂表面及孔结构中。碳物种与铜锌铝的结合量多少的顺序为 Cu>Zn>Al。6.烧碳可以去除完全液相催化剂表面的碳物种,使活性达到传统法制备的催化剂相当的水平。7.以丙三醇为热处理介质可以降低热处理温度,降低表面碳含量,表面碳易于去除,催化剂活性与传统法相近,并保持了自有特点。8.在催化剂制备过程中添加表面活性剂PVP可以增大比表面积,但PVP与活性中心作用,并分隔活性中心,使CO转化率下降。