许多以石油为基础开发的化学品已成为日常生活中必不可少的东西,然而石油作为一种不可再生的资源,随着其不断的开采利用,储量正日益减少。因此近年来以可再生的生物质为原料来生产各种化工产品已得到世界各国的重视。丙烯酸的生产主要是由丙烯的两步氧化法制备,该路线成本高,工艺路线复杂。由丙烷一步氧化制丙烯酸虽在近些年来取得了较大的进步,但该路线催化剂主要集中于钒磷氧、杂多酸和复合金属氧化物,而且催化剂合成条件苛刻,催化效率低,重现性差,一时还难有突破。由生物质发酵技术制备的乳酸为原料来实现丙烯酸的生产逐步受到关注,被认为是一条具有广阔前景的工艺路径。目前,以乳酸为原料制备丙烯酸其产率和选择性都不是很高,研究尚处在实验室阶段,侧重于催化剂的筛选与工艺条件优化,对催化剂的性能与其表面酸碱性,孔道等因素之间的构效关系还研究得不够深入,对于乳酸脱水生成丙烯酸的反应机理和催化剂活性中心的来源,仍然没有明确的认识。因此,发展乳酸脱水制备丙烯酸的高效催化剂,探索催化剂的催化作用机理,具有重要的意义。本论文考察了碱金属的硝酸盐、磷酸盐修饰的不同酸碱性和孔道结构的载体(SAPO-5、SBA-15、Fumed SiO2、NaY等)所制备的催化剂,进行乳酸的气固相脱水反应。通过改变载体种类、活性组分的种类和负载量等因素,调控催化剂的表面性质、孔道结构,特别是通过对催化剂使用前后,其表面物种的变化分析测试,探索了影响催化剂的重要因素。获得了具有高活性和高选择性的催化剂,进一步明确了催化剂的催化作用机理,建立了催化剂性能-结构之间的关联。获得的主要研究结果总结如下：1.硝酸盐修饰的SAPO-37用于乳酸脱水制备丙烯酸采用水热法合成了两种分子筛SAPO-5、SAPO-37。催化剂的铝源和模板剂对合成SAPO-5分子筛有明显的影响,晶化时间则对SAPO-37的晶粒形成有重要的影响。通过浸渍法将碱金属(Li, Na, K)硝酸盐负载于两种分子筛上。NaNO3的引入能够调变SAPO-n的表面酸性质。对于SAPO-5,表面酸量随着负载量的增加呈现先增加后减小的趋势。在乳酸脱水反应过程中,丙烯酸的产率与其表面酸量的变化呈现相同的趋势。在3700C和其它优化条件下,23%NaNO3/SAPO-5催化剂上乳酸的转化率达到75.2%,丙烯酸选择性为38.6%,而在23%NaNO3/SAPO-37催化剂上乳酸的转化率为91.3%,丙烯酸的选择性为28.6%。非载SAPO-5、SAPO-37由于其表面酸中心的强度较高,乳酸在脱水转化之前优先发生脱羰基反应,因而大部分产物为乙醛。2.磷酸盐修饰的NaY用于乳酸脱水制备丙烯酸采用浸渍法制备碱金属磷酸盐修饰的NaY催化剂用于乳酸的脱水制备丙烯酸的反应。通过调控负载磷酸盐的种类、反应温度、液体空速和乳酸的进料浓度,对反应条件进行了优化。在340℃,14%Na2HPO4/NaY上丙烯酸的最高产率可以达到58.4%。在Na2HPO4负载量小于18%范围内,Na2HPO4高分散于催化剂的表面。Na2HPO4的引入对催化剂的表面酸性有较大的影响,随着引入量的增加能够降低NaY分子筛表面的酸量和酸强度。通过FTIR, Raman和NMR等手段对反应前后的催化剂进行了分析,研究发现在反应过程中,催化剂的表面活性组分Na2HPO4会与乳酸发生质子转移生成乳酸钠。磷元素的存在能够稳定乳酸和目标产物丙烯酸的羧基,而反应过程中生成的乳酸钠对乳酸脱水制备丙烯酸是非常有利的。特别需要指出的是,通过改变NaY晶粒的大小(50-500nm),再结合适宜的Na2HPO4载量和反应条件,丙烯酸的收率可以进一步显著提高到约74%,与目前已知的公开文献报道结果相比,这是最高的单程丙烯酸收率。3.硝酸钠修饰的SBA-15和Fumed SiO2用于乳酸的催化转化浸渍法制备NaNO3修饰的SBA-15和fumed SiO2催化剂用于乳酸催化转化。在优化的条件下,23%NaNO3/SBA-15为催化剂,丙烯酸、2,3-戊二酮,乙醛的产率分别可以达到44.8%,25.1%和13.3%,三者总的选择性可以达到83.2%,研究表明NaNO3在催化剂表面分散度、孔道结构对催化活性及产物的分布有着重要的影响。NaNO3在SBA-15上的适度负载能够提高2,3-戊二酮的选择性。FTIR结果表明,在所用实验条件下,载体表面的NaNO3在与乳酸蒸汽接触的过程中能够迅速地发生质子转移而形成乳酸钠,而乳酸钠也是乳酸转化生成丙烯酸和2,3-戊二酮的主要活性物种。