燃料和能源危机迫使我们在未来寻求新的能源来替代，近年来生物柴油作为一种可再生能源和清洁能源受到了广泛关注。然而，现有生物柴油生产工艺均通过动、植物油的酯交换反应而实现的，该工艺会产生大量的副产物甘油。生物柴油工业中每生产9吨柴油将会有约1吨的甘油生成。因此，对甘油的有效利用将对生物柴油产业的发展尤为重要。甘油可用于生产化工原料、化妆品以及一些高附加值化学品，如通过加氢生产1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、丙醇、乙二醇等相关下游产品，它们都是基于甘油分子中含有羟基的事实而实现的。文献报道的研究结果表明，甘油可与含两个胺基的乙二胺进行催化缩环反应制备2-甲基吡嗪等吡嗪类化合物。众所周知，1,2-丙二胺比乙二胺多出一个甲基，但同时也含有两个胺基。从理论上讲，甘油也与1,2-丙二胺发生催化缩合环化反应而生成2,6-二甲基吡嗪和2,5-二甲基吡嗪。而这两种吡嗪类化合物是重要的医药中间体和食品添加剂。因此，本论文首次在固定床系统中对甘油与1,2-丙二胺气相催化环化反应合成吡嗪类化合物进行了研究。本论文以1,2-丙二胺和甘油为原料与蒸馏水按摩尔比1:1:8.84进行混合而制得反应液，在固定床微反应装置中经催化缩合环化反应而生成吡嗪类化合物。本文以γ-Al₂O₃为载体，采用浸渍法制备了不同Zn含量的ZnO/Al₂O₃催化剂并采用不同金属对其进行修饰；还制备了不同Cu含量及Ti含量的Cu-TiO₂/Al₂O₃催化剂。同时，详细考察了掺杂不同金属离子及其掺杂量、反应工艺条件等对ZnO/Al₂O₃系列催化剂和Cu-TiO₂/Al₂O₃系列催化剂在1,2-丙二胺和甘油缩合环化反应中催化性能的影响，同时也对最优催化剂的催化稳定性进行了考察。采用X射线荧光光谱（XRF）、扫描电子显微镜（SEM）、X-射线粉末衍射（XRD）、H₂-程序升温还原（H₂-TPR）、NH₃/CO₂-程序升温脱附（NH₃-TPD、CO₂-TPD）、N₂-吸附脱附（BET）等手段对相关催化剂进行了表征；结合催化性能考察结果，对甘油和1,2-丙二胺催化缩环的反应机理进行了探讨。通过以上研究，获得了以下具有创新性的成果：（1）研究发现甘油和1,2-丙二胺催化缩环反应的主要产物除了2,6-二甲基吡嗪和2,5-二甲基吡嗪外，还有另外两种附加值更高的中间产物，如6-羟甲基-2-甲基吡嗪和5-羟甲基-2-甲基吡嗪；（2）采用对不同Zn含量的ZnO/Al₂O₃催化剂在甘油与1,2-丙二胺催化环化反应的考察，结果表明Zn含量为15%时，ZnO/Al₂O₃催化剂上甘油的转化率最高；而Zn含量为12.5%的ZnO/Al₂O₃催化剂有利于6-羟甲基-2-甲基吡嗪和5-羟甲基-2-甲基吡嗪的生成，且产物液中杂质含量相对较少。（3）研究发现以γ-Al₂O₃为载体的所有Zn基催化剂ZnO/Al₂O₃，在反应温度为380oC时，甘油和1,2-丙二胺转化率分别均在95%和85%以上，四种吡嗪类化合物的总收率最高可达85%；（4）ZnO/Al₂O₃催化剂的XRD表征结果表明，载体Al₂O₃以γ-相存在，而负载的Zn物种主要以ZnO形式存在；（5）ZnO/Al₂O₃催化剂可同时提供酸、碱催化中心，其中碱中心有利于甘油发生脱氢，而酸催化中心有利于1,2-丙二胺的活化和甘油发生脱水或脱羟基，从而促进催化缩环而生成吡嗪环；（6）在甘油与1,2-丙二胺环化过程中，甘油加氢脱水或脱羟基产物可与活化的1,2-丙二胺进进行环化时可直接生成2,6-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪；而中间产物6-羟甲基-2-甲基吡嗪或5-羟甲基-2-甲基吡嗪则是由碱位上甘油进行脱氢产生的二羟基丙醛或二羟基丙酮与酸位活化的1,2-丙二胺进行缩环而产生的；而6-羟甲基-2-甲基吡嗪和5-羟甲基-2-甲基吡嗪也可进行加氢脱水而分别生成2,6-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪；（7）ZnO/Al₂O₃催化剂的XRD和SEM表征结果表明，Ce、Mn和Mo等金属氧化物的引入可使负载的ZnO物种在催化剂表面呈现高度分散的状态，此时形成的ZnO晶粒较小，有利于甘油与1,2-丙二胺的催化环化；（8）Ca修饰的ZnO/Al₂O₃催化剂在甘油与1,2-丙二胺缩环反应中的催化性能考察及其表征结果表明，催化剂上碱位过多会加速甘油的脱氢，脱氢后的中间产物二羟基丙醛或二羟基丙酮在碱位上也易于深度脱氢而生成不与1,2-丙二胺进行缩环的杂质，这将抑制吡嗪类化合物的生成；同时，这些杂质也会在催化剂表面发生积炭，从而使其稳定性降低；失活催化剂的催化活性可在500oC下经焙烧后得到一定程度的恢复；（9）从H₂-TPR表征结果看，Ce、Ca、Mn、Mo等金属氧化物修饰的ZnO/Al₂O₃催化剂具有较强的H₂溢流现象，而氢溢流有利于甘油、6-羟甲基-2-甲基吡嗪和5-羟甲基-2-甲基吡嗪加氢脱水，从而使环化产物以2,6-或2,5-二甲基吡嗪为主；（10）Al₂O₃负载的Cu-TiO₂基催化剂（Cu-TiO₂/Al₂O₃）是一种双功能催化剂，经H₂高温预处理后，Cu²⁺转变为Cu0，Cu0活性中心可促进甘油脱氢或加氢脱水；而TiO₂可提供酸位，其可活化1,2-丙二胺分子并促进甘油脱水；（11）Cu-TiO₂/Al₂O₃催化剂在甘油与1,2-丙二胺缩环反应中的最佳Cu含量为2wt%，而最佳TiO₂含量为7wt%；（12）甘油与1,2-丙二胺缩环反应在Cu-TiO₂/Al₂O₃催化剂上的最佳反应温度为380oC，载气的最佳组分为20%H₂-N₂；（13）金属Ca、Mn、Mo修饰的ZnO/Al₂O₃（M-ZnO/Al₂O₃）及ZnO/Al₂O₃催化剂在H₂气氛下预处理后，N₂为载气，反应温度为380oC，LHSV=1.6h^-1的条件下，M-ZnO/Al₂O₃催化剂在连续运行240min后，其甘油和1,2-丙二胺的转化率均保持稳定，高于90%；Cu-TiO₂/Al₂O₃催化剂在反应温度380oC、载气组分20%H₂-N₂，LHSV=1.6h^-1条件下，反应物的转化率和产物的收率没有明显的下降趋势。