许多工业生产会排放出大量挥发性有机物(VOCs),对大气环境、人体健康带来严重危害,控制VOCs排放迫在眉睫。到目前为止,催化氧化法消除VOCs是公认的最有效手段之一,而催化剂是该项技术的核心,研发新型高效消除VOCs的催化材料成为目前研究的热点课题。随着全球对低碳烯烃的需求量的不断增加,以资源相对丰富的低碳烷烃为原料选择催化氧化制取相应烯烃是目前催化领域的一个重要研究方向。目前,异丁烷氧化脱氢反应(ODH)存在着低温活性差、高温选择性低、目标产物异丁烯得率低等诸多问题。因此,研发对异丁烷ODH反应具有高活性和高选择性的催化材料有着重要的学术价值和实用价值。　　 众所周知,Mn基和Fe基催化剂对VOCs氧化反应具有优良的催化活性,这与其氧化还原能力、表面活性物种的分散度、比表面积等因素有关。大量研究表明,负载型CrOx或MoOx催化剂对异丁烷ODH反应具有高活性,金属离子的价态分布、表面结构、比表面积、载体性质等因素均会影响此类催化剂的催化性能。围绕改善上述催化剂的物化性质并进而提高其催化活性之目的,本文采用直接水热法和等体积浸渍法分别制备了金属M(M=Cr,Fe)离子嵌入的SBA-15介孔分子筛(xM-SBA-15,x=nM/n(M+si)=1.0～7.0 mol％)和SBA-15负载的金属氧化物(yMOx/SBA-15,y=nM/n(M+si)=1.0～7.0mol％)催化剂；采用等体积浸渍法制备了高比表面积的yMnOx/SBA-16催化剂；采用一步水热法和等体积浸渍法制备了20 wt％MgO/SBA-16负载的二元金属氧化物Cr(x)Mo(y)(x/y=3/1,2/1,1/1,1/2,1/3)催化剂。利用X-射线衍射(XRD)、氮气吸附-脱附(BET)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)、X-射线光电子能谱(XPS)、激光拉曼(Raman)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线荧光光谱(XRF)、原子吸收光谱(AAS)、程序升温还原(TPR)和程序升温脱附(TPD)等技术表征了这些催化材料的物化性质并考查了它们对典型VOC(甲苯)氧化和异丁烷ODH反应的催化活性。研究内容主要包括:　　 (1)以Cr(NO3)3为前躯体、三嵌段共聚物P123为表面活性剂、正硅酸乙酯为硅源,通过水热法制得具有规整有序介孔结构和高分散Cr或CrOx物种的xCr-SBA-15和yCrOx/SBA-15样品,其表面形貌随Cr表面密度的增加由长链状转变为短香蕉状和不规则球形。在Cr表面密度≤0.22 Cr atom/nm2的Cr-SBA-15样品和Cr表面密度≤0.54 Cr atom/nm2的CrOx/SBA-15样品中Cr物种主要以单铬酸盐和聚铬酸盐形式的Cr6+存在,Cr表面密度进一步升高则Cr物种转变为Cr3+(Cr2O3)。在Cr表面密度≤0.53 Cr atom/nm2时可达最大Cr嵌入量,而Cr表面密度＜1.11 Cr atom/nm2时,CrOx在SBA-15表面处于高分散状态。CrOx/SBA-15的还原性优于Cr-SBA-15的,在Cr表面密度分别为0.54 Cr atom/nm2和0.12 Cr atom/nm2的样品上还原量最大。　　 (2)利用直接水热法和等体积浸渍法制得了不同Fe表面密度的高比表面积介孔xFe-SBA-15和yFeOx/SBA-15催化剂,考查了其对甲苯氧化反应的催化性能。所制得的催化剂具有棒形或链条状形貌和规则的介孔结构,在Fe表面密度分别低于0.76 Fe atom/nm2和0.64 Fe atom/nm2的Fe-SBA-15和FeOx/SBA-15样品上,Fe物种呈高度分散状态,前者的比表面积(901～1159m2/g)明显高于后者的(616-745 m2/g)。在甲苯浓度为1000 ppm、甲苯/O2摩尔比为1/200和空速为20000 mL/(g h)的条件下,Fe表面密度为0.59 Featom/nm2的Fe-SBA-15催化剂在420℃时可将甲苯完全转化为CO2和H2O。这一优良的催化氧化性能与催化剂上FeOx的高分散态、较多的四配位Fe3+物种、高的比表面积和优良的低温还原性能有关。　　 (3)采用一步水热法制备了20 wt％MgO呈高分散态的多面体状三维有序介孔SBA-16(MgO/SBA-16,简称MS),以此为载体采用等体积浸渍法制备了二元金属氧化物Cr(x)Mo(y)催化剂,并考查了其对异丁烷ODH反应的催化性能。利用高比表面积三维有序介孔结构的MS作载体提高了目标产物异丁烯的得率。在所制备的催化剂中,Cr3Mol催化剂显示出最高的催化活性,在异丁烷/氧气摩尔比为1/2、空速为30000 mL/(g h)、反应温度为540℃时,在Cr3Mol催化剂上异丁烯选择性可达75.0％,异丁烷转化率为10.0％,异丁烯得率为7.5％。这一优异的催化活性与催化剂的适宜的碱性、CrO2和MoOx高分散态、较高的Cr6+含量和较高的初始H2消耗速率有关。　　 (4)采用等体积浸渍法制备了具有三维介孔结构、Mn物种呈高分散态和高比表面积的yMnOx/SBA-16催化剂,在甲苯完全氧化反应中,Mn表面密度为1.21 Mn atom/nm2的催化剂表现出最高的催化活性,在空速为20000 mL/(g h)和380℃条件下可将甲苯完全氧化掉。由浸渍法制得的yMnOx/SBA-16催化剂比体相MnO2表现出更好的催化性能。MnO2/SBA-16催化剂的良好催化活性与MnO2在SBA—16上的高分散态、较强的低温还原性、更大的孔容和较高的比表面积有关。