随着社会经济的日益发展,自然资源的消耗速度加快,因此对有限资源加以科学化高效利用符合当今可持续发展的科学理念。我国石油化工行业中对1-丁烯的有效利用率较低,大多数被混入液化石油气中燃烧掉,造成资源浪费。因此将1-丁烯转化为具有高附加值的1,3-丁二烯有利于资源的高效利用。1,3-丁二烯可用于合成橡胶、树脂以及生产各种化工原料中间体。近年来,1,3-丁二烯的需求量增加出现供不应求的局面,采用CO2氧化1-丁烯制取1,3-丁二烯,可以避免O2为氧化剂带来的生产安全风险以及产物的过度氧化,同时实现温室气体CO2的利用符合绿色化学理念,因此该生产工艺具有较好的发展前景。本文以拥有优良的结构和表面性质的炭材料为催化剂载体,对其进行表面改性和金属助剂掺杂改性,以及合成新型炭材料并应用。具体内容如下:(1)采用活性炭为载体制备了铁基催化剂,并用硝酸氧化改性载体,发现在硝酸浓度为5M时活性炭表面含氧基团的数量最多,且活性炭载体保持了原有的孔道结构。通过Raman光谱对活性炭载体和催化剂表征,发现催化剂活性组分与载体之间存在相互作用,活性炭表面提供的缺陷位起到了锚定活性组分的作用,并且OCGs存在提供了酸性位。催化剂评价结果显示Fe/AC-5M催化剂活性最佳,1-丁烯的转化率为79%,1,3-丁二烯选择性为54%并且其时空收率为1850 gBD/Kgcat/h。(2)对筛选出的最佳硝酸处理条件的催化剂Fe/AC-5M继续进行V、Cr、K、Li和La金属助剂的掺杂,以改变催化剂碱性位和电子云密度。通过XRD、XPS和MES的表征发现硝酸改性以及金属助剂的掺杂有助于减少活性中心Fe的氧化。K、Li和La碱性金属助剂的掺入有助于Fe7C3组分形成,Fe7C3含量的增加对提高产物选择性有利。同时,碱金属的引入有利于抑制反应过程中积炭的产生,从而提高催化剂的稳定性。评价结果显示,K元素掺杂的催化剂KOH-FeVCr/AC-5M,对1,3-丁二烯的选择性最高可达73%。在金属助剂掺杂改性的催化剂中选出催化效果最好的一个对其反应工艺条件进行调变,并引入水蒸气以减少积炭的生成和促进催化剂活性中心的再生。最后得到最佳进气比为1-丁烯:C02:H20=1:20:10,此条件下催化剂转化率最高为90%,选择性为70%。(3)采用硬模板法成功制备了一批具有规整介孔结构的炭材料并对其进行氮元素的掺杂改性。对比不定型活性炭载体催化剂Fe/AC,发现具有规整结构的介孔炭材料有利于活性组分的分散,因而有利于选择性与催化稳定性提升。氮元素的掺杂会在催化剂表面形成碱性基团并且改变了催化剂电子流动性。最终得到的有序介孔炭催化剂Fe/OMC对1,3-丁二烯的选择性为51%。