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氨合成是一个高能耗的产业,通过研制高活性和高稳定性的催化剂来提高氨净值是合成氨研究的重点。熔铁催化剂是所有工业催化剂中最稳定的,也是公认的价格最便宜、制备方法最简单的催化剂之一。Fe1-xO基催化剂是一类新的催化剂体系,具有的较大的改进潜力。目前,熔铁催化剂的研究主要集中在助催化剂上,因此本论文试图通过对前人研究的结果进行优化,并寻找新的助催化剂来提高Fe1-x0催化剂的性能。本研究对已有的助催化剂配方进行了含量的优化,对几种新的助催化剂进行了重点的考察,并且完善了催化剂制备条件。此外,利用密度泛函理论对电子助催化剂K2O在还原后的α-Fe上的吸附进行了初步计算。主要得到以下结果:1、在所研究的反应条件下,助催化剂M1使催化剂425℃和400℃活性分别提高了 4.93%和6.84%,其较适宜的添加量在0.2%～0.9%之间。助催化剂M2能大幅度缩短催化剂还原时间,降低还原温度。实验结果表明Md和M2均能提高催化剂的耐热性、比表面积和孔容。同时掺入M和和M2对催化剂性能的改善具有较好的效果。0.2wt%的R可以提高催化剂的低温活性,但是催化剂的耐热稳定性变差。A的加入降低了催化剂的活性,但能够提高催化剂的还原性。2、对A1203、K2O、CaO助催化剂的含量进行了 L8(23)正交优化。A1203和K20在影响催化剂的耐热性上有很强的交互作用,正交最优组合为 1.53wt%Al203,0.7wt%K2O,1.8wt%CaO,实验结果验证了正交结果的正确性。3、通过L4(23)正交实验考察了 MgO和J助催化剂对催化剂活性的影响。结果表明,MgO能提高催化剂活性,J降低了催化剂的活性,MgO与J无交互作用。4、通过L8(27)正交实验考察了L、M1、Q三种助剂的含量及它们之间的交互作用。结果发现,M1和Q在催化剂的耐热性上有较强的交互作用。综合考虑400℃C,425℃C,450℃C耐热前后活性和耐热系数等结果,得出最优组合为:0.42wt%L,0.89wt%M1,0.6wt%Q,并且通过实验验证了正交结果的正确性。5、通过L8(27)正交实验考察了 M2、Z、X对催化剂性能的影响,得出最优组合为:0.3wt%M2,0.4wt%Z,Owt%X。X没能提高Fe1-xO催化剂的活性,反而降低催化剂的耐热性。6、在采用熔融法制备Fe1-xO基催化剂过程中,实验结果证实将熔融物料通入带水夹套冷却槽中冷却是最理想的冷却方式。原料纯度对催化剂的活性有重要影响。例如,催化剂中Na2O杂质含量超过0.85%之后活性下降31%。助催化剂金属的化合物形态(比如M1用它的铵盐代替)对催化剂的活性影响不大。7、K2O在Fe(100)和Fe(111)晶面趋向于穴位(hollow)吸附,在Fe(110)晶面趋于顶位(on-top)吸附,K20与Fe(111)晶面的作用最强。K20在Fe(111)面上吸附后的电子态密度计算结果表明,K20在Fe(111)面上吸附体系发生了电荷转移,电子从K2O向体系中Fe转移,一定程度上阐明了合成氨熔铁催化剂中电子助催化剂K20的作用机理。