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费托(F-T)合成是涉及煤、天然气、生物质等含碳资源经合成气(CO+H2)催化转化为液体燃料及其它化学品的重要途径之一。其中的关键技术之一就是具有良好工程即反应性能的催化剂研发。铁基催化剂因价格低廉，具有较高的F-T合成反应活性及水煤气变化反应活性，特别适用于低H2/CO比的煤基合成气。
Fe-Mn催化剂具有高的F-T合成反应活性及低碳烯烃选择性并可在较高的温度下运行等特点，是发展高温F-T合成技术的主要催化剂体系之一。本论文基于沉淀Fe-Mn催化剂，采用电感偶合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)、低温N2物理吸附、热重分析(TG)、程序升温还原(TPR)、程序升温脱附(TPD)、X-射线衍射(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)和M(o)ssbauer谱(MES)等多种表征手段并结合浆态床反应评价研究了不同Fe-Mn系催化剂中Mn、K及SiO2等助剂的助催化作用、Mn助剂在无K助剂的催化剂中及在有K助剂的催化剂中的助催化作用、焙烧行为与Mn助剂的加入方式对Fe-Mn催化剂的影响、SiO2硅源及其加入方式对Fe-Mn催化剂的影响以及Ca助剂对Fe-Mn催化剂的影响，旨在认识Fe-Mn催化剂的内在作用规律，为提高催化剂的F-T合成反应性能提供基础信息。
本论文制备系列模型催化剂，并结合多种表征手段及浆态床F-T合成实验，研究了不同Fe-Mn催化剂体系中各助剂对催化剂结构、还原/碳化行为及F-T合成反应性能的影响。在不同催化剂体系中，K助剂的添加促进了催化剂的碳化，提高了催化剂的活性，同时抑制了CH4的生成，使产物向重质烃方向偏移并提高了烯烃的选择性。SiO2助剂的加入提高了催化剂的比表面积，增大了催化剂表面活性物种的分散，在无K助剂存在时提高了催化剂的活性，但有K助剂时降低了催化剂的活性。同时SiO2助剂的加入促使烃产物向轻质烃方向偏移并降低了烯烃选择性。Mn助剂的添加也在一定程度上促进了催化剂表面活性物种的分散。在无K助剂存在时Mn助剂的加入抑制了催化剂的碳化，降低了催化剂的活性，提高了催化剂的稳定性及轻组分与烯烃选择性。而在有K助剂存在时Mn助剂的加入则提高了催化剂的活性，降低了CH4的选择性，促使烃产物向重质烃方向偏移并抑制了烯烃加氢反应。
本论文通过调变Mn含量以及焙烧参数考察了Mn助剂和焙烧行为对Fe-Mn催化剂织构性质、物相变化、还原行为及F-T合成反应性能的影响。Mn助剂的添加形成了强的Fe-Mn相互作用，促进了铁物相的分散并稳定了在还原过程中形成的Fe2+和Fe3+/Fe3O4物相。Mn助剂的添加降低了F-T合成反应的初始活性，但提高了反应稳定性，同时抑制了CH4的生成，提高了轻质烯烃(C2-4=的选择性，但对C5+选择性影响不大，在共沉淀Fe-Mn催化剂体系中，Fe-Mn相互作用在一定程度上抑制了Mn的给电子作用。焙烧温度的提高促进了Mn在催化剂表面的富集，降低了催化剂的比表面积，抑制了催化剂的还原与碳化，降低了催化剂的活性，抑制了CH4的生成，提高了C5+选择性，适当的焙烧温度可提高轻质烯烃的选择性。低升温速率稳定了催化剂中的活性相，提高了重质烃及烯烃选择性。氩气中焙烧可促进催化剂的碳化，提高催化剂的反应活性。
本论文通过调变Mn含量以及Mn的加入方式考察了Mn助剂和加入方式对K助催化的铁基催化剂的还原碳化行为、物相变化及F-T反应性能的影响。在K助催化的铁基催化剂中，Mn表现出结构助剂和电子助剂的双重性质。Mn助剂的添加增强了Fe-Mn和Mn-K相互作用，稳定了在还原过程中形成的Fe2+、Fe3+和Fe3O4物相，增加了催化剂表面强碱性位的数量，减弱了强碱性位的强度。适量Mn助剂可提高催化剂的活性和重质烃选择性。同时Mn助剂的添加提高了催化剂的反应稳定性及烯烃的选择性。以共沉淀方式加入Mn助剂提高了Fe-Mn相互作用，抑制了催化剂的还原和碳化，降低了反应活性，但提高了催化剂的反应稳定性。粘结剂Mn助剂的加入削弱了Fe-Mn相互作用，促进了催化剂的还原和碳化，提高了反应活性，但加快了催化剂的失活。粘结剂Mn助剂的加入降低了轻烃的选择性，促进了重质烃和烯烃的生成。
本论文研究了SiO2硅源及其加入方式对沉淀Fe-Mn催化剂的物理化学性质以及F-T合成反应性能的影响，结果表明，沉淀SiO2的加入稳定了催化剂中小晶粒的α-Fe2O3，促进了金属分散，增强了金属-SiO2之间的相互作用，减弱了Fe-K之间的相互联系，导致了催化剂还原和碳化程度的降低，但催化剂表面大量的活性Fe位提供了较高的反应活性，同时较强的Fe-SiO2相互作用提高了催化剂的反应稳定性。粘结剂SiO2的加入减弱了催化剂中的金属-SiO2相互作用，增强了Fe-K之间的联系，促进了催化剂的碳化，提供了较高的反应初始活性。但粘结剂SiO2催化剂的不稳定结构使得部分铁碳化物在反应过程中被水氧化，或是助剂在反应过程中的大量流失，最终导致催化剂的失活。与相应的相同SiO2加入方式的酸性SiO2催化剂相比，碱性SiO2催化剂的加入增强了Fe-K相互作用，促进了催化剂的碳化，提高了催化剂活性。酸性沉淀SiO2催化剂拥有最高的低碳烃和汽油段产物选择性，粘结剂SiO2的加入使得产物向重质烃方向转移，并提高了烯烃选择性。较相应的相同SiO2加入方式的酸性SiO2催化剂，碱性SiO2催化剂的加入提高了重质烃和烯烃选择性。干燥和焙烧后加入SiO2提高了催化剂的WGS活性，增加了CO2的选择性。而在沉淀前和刚刚沉淀后加入SiO2(尤其是酸性粘结剂SiO2催化剂和碱性沉淀SiO2催化剂)抑制了WGS反应，提高了烃类产物选择性。
本论文考察了Ca助剂对Fe-Mn催化剂表面碱性、物相结构及F-T合成反应性能的影响，结果表明，Ca助剂表现出一定强度的碱性助剂作用，Ca助剂的添加提高了催化剂的表面碱性。适量Ca助剂的添加可促进催化剂的还原和碳化。Ca助剂的加入降低了催化剂F-T合成反应及WGS反应活性。Ca助剂能抑制加氢能力，抑制CH4的生成，提高重质烃和烯烃选择性。