吗啉是一种典型的杂环化合物,它特有的化学性质使其成为当前具有重要商业用途的精细石油化工产品之一,在化学工业中具有广泛的应用。同时,吗啉还是一种重要的中间体,其衍生物可以作为乳化剂、杀菌剂、医药化学品和润滑油抗氧化剂等。目前,国内外主要采用二甘醇和氨气为原料在催化剂临氢条件下合成吗啉。催化剂大多以氧化铝载体,铜镍为活性组分。这类催化剂存在的主要问题是:催化剂活性组分分散度差、高空速下活性低和热稳定性差。因此,开发新的高活性和高热稳定性的催化剂对提高吗啉生产效率,降低生产成本有重要意义。论文工作主要涉及催化剂制备和改性、表面表征和催化剂催化氨化二甘醇的机理研究和动力学实验,属于表面科学和化学工程的研究领域,具有科学研究价值和实际意义。提出以地聚物为载体,通过Al元素的掺杂调控地聚物表面酸碱性质,同时研究了地聚物的煅烧温度,Al的负载方法和Al的掺杂量对载体表面化学性质、孔结构及其催化剂活性组分的负载等性能的影响。主要利用SEM、XRD、H2-TPR、NH3-TPD和N2-吸附/脱附等对Al掺杂前后的地聚物进行物化性质和表面结构的表征测试,同时利用固定床对制得的催化剂进行催化性能进行测试。结果表明:(1)地聚物的煅烧温度对催化剂的催化性能影响较大;地聚物经600 ℃煅烧活化后,其催化剂表面CuO表现出较小的晶体尺寸和较高分散性,其二甘醇转化率是未煅烧的地聚物载体催化剂的2倍;但煅烧温度过高会导致地聚物生成硅铝氧化物晶体,导致二甘醇转化率急剧下降;(2)与未添加分散剂的浸渍法和共沉淀相比,加入分散剂后,采用共沉淀方式将Al元素掺入地聚物表面,不仅提高了地聚物表面的酸性位点,同时有助于催化活性组分CuO的高效分散,获得了小晶粒尺寸的CuO晶体,其吗啉产率可高达到92.1%;(3)Al的掺杂量主要影响着载体表面的酸性强度,随着A1的掺杂量升高,载体对NH3的吸附量不断增加,而催化剂活性呈火山型变化趋势,当Al的掺杂量为3%时,催化剂活性达最大,吗啉的产率提升至94.5%。这是本文重要的新意之处。研究了不同制备方法对铜镍基/地聚物催化剂催化活性和热稳定性的影响。利用SEM、XRD、H2-TPR、XPS、NH3-TPD、N2O滴定等分析催化剂表面活性组分的晶相、价态、比表面积及分散性,同时利用固定床反应器研究了空速和反应温度对催化剂的活性的影响规律,并进行高温破坏性实验,研究了各催化剂的热稳定性。结果表明:(1)还原温度影响氨蒸发法制备的GPA-CP/AE催化剂上Cu~+的含量,250 ℃下还原的催化剂取得最高Cu~+含量,此时Cu~+/(Cu~++Cu0)值接近1,高比例的Cu~+含量有助于NH3的吸附;GPA-CP/AE表面铜的比表面积和分散度最高,分别为106.05 m2/g和15.68%,有最强的氨气吸附能力和较强的DEG吸附能力;(2)三种催化剂在高空速1.4 mL/g·h反应时,GPA-CP/AE催化剂上吗啉收率为96.41%,约为浸渍法GPA-CP/IM和溶液燃烧法GPA-CP/SC吗啉收率的两倍;同时具有较好的热稳定性,当反应温度高达310℃时,GPA-CP/AE催化剂上吗啉收率仍保持在90.81%,比GPA-CP/IM和GPA-CP/SC高出14.98%和63.43%;(3)寿命测试表明,在230 ℃和0.8 mL/g·h下反应100 h,GPA-CP/AE催化合成吗啉的收率仍高达～94%,表现出良好的稳定性。这是本文的另一个新意之处。研究了催化剂GPA-CP/AE催化氨化合成吗啉的动力学行为。主要研究了反应温度和反应物浓度对吗啉生成速率的影响规律,并根据Arrhenius方程= k0exp(-Ea/RT),建立本征动力学模型如下:r = 2.149 × 107exp(-21.266/RT)CDEG1.84 CNH31.10,从理论上探讨反应温度和反应物浓度对GPA-CP/AE催化剂催化氨化合成吗啉活性的影响机理。通过对比实验数据和理论计算,该模型可以较好的表征GPA-CP/AE上催化氨化合成吗啉反应的进程。