目前,低碳烷烃脱氢制烯烃工业生产的五种工艺无不依赖Pt-Sn或Cr2O3催化剂,前者具有工艺复杂、操作要求高且费用昂贵的缺点,后者则有失活快需频繁再生、污染环境和产生致癌物Cr6+的缺点。因此,寻找替代Pt和Cr2O3的无铬非贵金属催化剂一直是低碳烷烃脱氢催化剂研究的重要课题。MoO₃催化剂作为重要的低碳烷烃脱氢催化剂,是有望替代Pt和Cr2O3的无铬非贵金属催化剂之一。本文制备了不同负载量MoO₃/γ-Al₂O₃催化剂,通过XRD、FT-IR和Raman光谱研究表面钼氧物种的类型和结构,结果表明,γ-Al₂O₃载体表面钼氧物种随负载量的增加变化情况为:孤立MoO4四面体-二维多聚MoO6八面体-MoO₃晶体和Al2（MoO4）3晶体,MoO₃在载体表面的最大单层覆盖量约为20wt.%;孤立分散MoO4物种对正丁烯的选择性比二维多聚MoO6物种及三维的MoO₃要高,5wt.%催化剂取得最高的正丁烯选择性为62.54%;15wt.%～35wt.%催化剂取得较好的正丁烯收率,在11.0～11.7%之间,差距不大;MoO₃多层聚集态（35wt.%）的催化剂相比单层覆盖态（20wt.%）,催化活性没有因为钼氧物种的聚集而有大的降低,正丁烯收率仅少0.08%。同时本文还考察了反应条件,如反应温度、氢气与正丁烷比例、空速和反应时间对催化剂催化活性的影响。在反应温度为530～570℃,氢烷比为0.5～2和空速为3～6×103 ml/h/gcat的反应条件下,可以获得较好的正丁烷转化率、正丁烯选择性和正丁烯收率。本文考察了MoO₃/γ-Al₂O₃上正丁烷脱氢反应产物分布情况,除了2-丁烯与1-丁烯的比例受反应温度影响较大外,在MoO₃/γ-Al₂O₃催化剂上2-丁烯与1-丁烯的比例和顺-2丁烯与反-2-丁烯的比例受各种条件影响较小。为了获得更好的催化活性,对MoO₃负载量为20wt.%的MoO₃/γ-Al₂O₃催化剂添加金属和非金属氧化物进行改性研究。添加金属影响了催化剂的结构,XRD和Raman光谱的表征结果表明,各金属的加入均可以减少晶体Al2（MoO4）3、微晶MoO₃和MoO6物种的数量,适量Zn还能够增加孤立MoO4的数量,同时形成相应的钼酸盐晶体（除Cu外）。在M/Mo摩尔比例为0.25-1的范围内,钼酸镁和钼酸锌数量随添加比例增加而增加,钼酸铁先增后减。Mg、Zn可以大大改善产物选择性,但由于活性下降幅度较大,目标产物收率的改善不是很理想。Fe的作用同时减少了C1-C3和异丁烯的选择性,从而使反应倾向于正丁烯的形成,同时其转化率没有大的降低。Cu虽然对产物的选择性改善幅度要小,但由于其转化率较高,所以对目标产物收率的改善还是较好的。各催化剂正丁烯收率的变化规律一致,均为先增加后减少,Mg、Zn和Cu均在0.25M/Mo达到最大值,分别为12.96%、12.87%和15.09%,Fe在0.75M/Mo达到最大值为14.77%。从正丁烯收率看,Cu的改性作用最好,接下来为Fe、Mg、Zn。P对产物选择性有一定的改善,同时转化率没有大的下降,目标产物的收率有一定的提高。B能够较大改善产物选择性,但转化率有所下降,适合比例的B可以提高正丁烯的收率。随P和B比例的增加,正丁烯的收率均为先增加后减少,其中只有比例为1的催化剂收率低于未掺杂的催化剂,0.25PMoAl和0.5BMoAl获得最高收率,分别为14.30%和14.42%。从正丁烯收率看,P和B的改性作用相当。