合成氨工业是最重要的化学工业之一，世界各国都致力于合成氨工业的发展。钌催化剂由于其高的催化活性及温和的反应条件被誉为“第二代氨合成催化剂”。1992年，以活性碳为载体的钌催化剂在加拿大Ocelot合成氨厂首次实现工业化。但是，在氨合成反应条件下，钌金属容易使活性碳载体发生甲烷化，导致催化剂活性的降低，限制了钌催化剂的大规模工业应用。氧化镁载体是碱性氧化物，且具有很高的比表面积及稳定性。因此，也作为钌基氨合成催化剂的载体受到广泛研究，但是氧化镁负载的钌催化剂的氨合成活性远低于活性碳负载的钌催化剂。因此，制备具有高氨合成活性及稳定性的钌催化剂是合成氨工业的研究重点。 本论文就是为了解决上述问题而开展的，主要结果如下： 1．混合钌催化剂的制备及钌催化剂载体之间相互作用 以传统的浸渍方法分别制备了K-Ru/MgO和K-Ru/CNTs催化剂，然后将两种催化剂以一定的质量比在丙酮溶液中混合，制得混合钌基氨合成催化剂(K-Ru/MgO+K-Ru/CNTs)。K-Ru/MgO+K-Ru/CNTs催化剂中钌颗粒较均匀的分散在两种载体上，而且K-MgO与K-CNTs之间存在强的相互协同促进作用。由于超强碱K-MgO能中和碳纳米管表面的酸性基团，使电子更容易通过碳纳米管载体提供给钌金属。同时，K-CNTs具有独特的几何结构和很强电子传递性能，能改善氧化镁载体的电子传输能力。这种相互促进作用能够在一定程度上解决K-Ru/MgO和K-Ru/CNTs各自催化剂本身的缺点，提高催化剂的活性。 当K-Ru/MgO与K-Ru/CNTs的质量比为1：1时，混合钌催化剂具有最佳氨合成活性。在673 K、0.2MPa、2100 ml/h(H2/N2=3/1)的反应条件下，氨合成活性为4453μmol h-1g-1-cat，在相同反应条件下，该催化活性是K-Ru/MgO和K-Ru/CNTs平均活性的2.8倍以上。此外，由于氧化镁在氨合成反应条件下具有很高的稳定性，碳纳米管与氧化镁之间的相互协同作用还提高了K-Ru/CNTs的稳定性。 2．微波协助制备MgO-CNTs负载的钌基氨合成催化剂 以乙二醇为还原剂、RuCl3为钌前驱体、MgO-CNTs(质量比为1：1)为载体，采用微波加热法制备了K—Ru/MgO—CNTs—a催化剂。在K—Ru/MgO—CNTs—a催化剂中，钌颗粒粒径接近于2.0 nm，而且钌颗粒在氧化镁和碳纳米管上均匀分散，暴露了更多的活性Ru(001)晶面。此外，K—MgO与K—CNTs之间强的相互协同促进作用，能够在一定程度上解决各自催化剂本身的缺点，提高了K—Ru/MgO—CNTs—a催化剂的活性。采用微波加热制备钌催化剂不仅能很好的控制钌颗粒粒径，还具有方便、快捷的优点。 在683 K、0.2 MPa、2100 ml/h(H2/N2=3/1)的氨合成条件下，K—Ru/MgO—CNTs—a催化剂的活性高达5631μmolh—1g—1—cat，是K—Ru/CNTs—m与K—Ru/MgO—m催化剂平均活性的2倍、K—Ru/MgO+K—Ru/CNTs催化剂活性的1.3倍。 3．乙二醇溶剂在助剂浸渍过程中的作用及高活性氨合成催化剂K—Ru/MgO—a(Eg)的制备 以乙二醇为还原剂，在不同的还原温度下制备Ru/MgO催化剂，并对Ru/MgO催化剂进行HRTEM表征及氨合成活性测试，发现433 K下还原的Ru/MgO—a具有最佳的钌颗粒粒径及最高的钌分散度，而且该温度下制备的K—Ru/MgO—a(Eg)催化剂具有最高的氨合成活性。在助剂浸渍过程中，乙二醇除了作为KNO3的溶剂，还起到钌纳米颗粒及纳米氧化镁保护剂的作用，避免钌颗粒的团聚及氢氧化镁的生成。 在0.2 MPa、210 ml/h、658 K的氨合成反应条件下，K—Ru/MgO—a(Eg)催化剂的活性高达6341μmolh—1g—1—cat，是相同条件下K—Ru/MgO—a(water)催化剂活性的4.5倍、传统方法制备的K—Ru/MgO—g催化剂活性的12倍。 最后，我们研究乙二醇、乙醇、去离子水在助剂浸渍过程中对催化剂性能的影响，发现以乙醇为溶剂也能一定程度上避免钌颗粒的团聚，但是由于KNO3在乙醇中的溶解度较小，助剂不能很好的在催化剂上吸附，除去乙醇后发现又有部分KNO3晶体析出，只有很少量的助剂吸附在催化剂上面，影响了助剂的促进效果。