环氧丙烷是重要的有机化工中间体。本论文以复合磷酸盐为催化剂系统研究了水蒸气和氧气混合气氧化丙烯合成环氧丙烷的催化反应规律。采用溶胶-凝胶法成功地制得了非晶态磷酸盐固体材料Fe_1/2Al_1/2PO₄、FePO4和AlPO₄。IR、XRD、TPR、BET和TEM等的表征结果表明:这些材料表面均以磷氧四面体为基本结构单元构成且均存在Lewis碱位P=O和Lewis酸位Fe³⁺或Al³⁺;表面晶格氧的活性顺序为:Fe_1/2Al_1/2PO₄ > FePO4 > AlPO₄;Fe_1/2Al_1/2PO₄是由FePO4和AlPO₄的微晶构成的的均一混合物,两种微晶都具有纳米级的尺寸。化学吸附IR和化学吸附TPD结果表明:在100℃以上时,C₃H₆分子的C=C双键可络合吸附在Lewis酸位Fe³⁺或Al³⁺上,其甲基H可吸附在Lewis碱位P=O上,吸附量大小顺序是:Fe_1/2Al_1/2PO₄ > FePO4 > AlPO₄;H₂O分子中的H吸附在表面Lewis碱位P=O上,O则与Lewis酸位Fe³⁺发生吸附作用而形成分子态吸附,此吸附态在一定温度下O-H键断裂,演变成P-OH和Fe-O-解离吸附态;环氧丙烷分子以C-O三元环上的O吸附在Lewis酸位Fe³⁺或Al³⁺上形成分子态吸附。微反实验结果表明:AlPO₄不能有效促进C₃H₆部分氧化反应,Fe_1/2Al_1/2PO₄和FePO4可使C₃H₆部分氧化反应在常压和100℃以上顺利实现,与O₂反应的主要产物是丙烯醛,而与O₂和H₂O反应的主要产物是环氧丙烷,C₃H₆转化率大小顺序为Fe_1/2Al_1/2PO₄ > FePO4;以Fe_1/2Al_1/2PO₄为催化剂,在常压、空速1200h-1和200℃条件下的C₃H₆与O₂和H₂O部分氧化反应C₃H₆转化率达5.8%,环氧丙烷的选择性为77.6%。根据实验研究结果,提出了C₃H₆与O₂和H₂O的反应机理:H₂O分子首先在Lewis酸位Fe³⁺和Lewis碱位P=O协同作用下发生多位吸附并在一定温度下脱附诱导产生表面Fe-O^-活性位;继而C₃H₆分子的C=C双键络合吸附在表面Fe-O^-位上,并在Lewis酸碱位Fe-O-P的驱动下形成环氧丙烷和表面氧缺位;气相O₂分子通过Lewis酸位Fe³⁺吸附并转化成O^2-补充反应消耗的晶格氧。