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低碳烃是一类重要的基本有机化工原料,由煤或天然气经合成气制取低碳烃,是低碳烃生产的最重要的非石油技术路线之一。本文提出的CZA/SAPO-34复合催化剂,它是一种将CO加氢制取甲醇催化剂CZA(CuO/ZnO/Al2O3)与甲醇脱水催化剂SAPO-34分子筛组合为双功能或核壳结构的复合催化剂,采用这种催化剂可将甲醇合成与甲醇制备低碳烃耦合在一起,实现由CO加氢直接制备低碳烃。而且CZA/SAPO-34复合催化剂可以通过不断打破甲醇合成反应的化学反应平衡促使反应一直向生成物的方向进行,进而提高CO的转化率和低碳烃的选择性,这在热力学上是十分有利的。因此构建CZA/SAPO-34复合催化剂并将其用于CO加氢制备低碳烃反应具有重要的理论和现实意义。论文首先研究了CZA/SAPO-34双功能催化剂上CO加氢制备低碳烃在不同反应温度下CO转化率和产物选择性,其反应机理为：CO和H2被CZA催化为甲醇,甲醇扩散到SAPO-34分子筛上生成烯烃,生成的烯烃再与CZA接触发生加氢反应生成烷烃。低温时SAPO-34主要作为二甲醚合成催化剂。随着反应温度的升高,低碳烃的选择性逐渐升高,反应温度为400℃时,C2-C4碳氢化合物的选择性在总碳氢化合物产物中高达96.5%。反应温度为280,320和360℃时,SAPO-34主要有三种类型的积碳物种,分为“活性积碳”和“惰性积碳”,“活性积碳”促进碳氢化合物生成,而“惰性积碳”抑制碳氢化合物生成。而反应温度为400和440℃时,只有“活性积碳”存在,因此400和440℃时主要产物是碳氢化合物。结合反应结果与催化剂性能,CZA/SAPO-34双功能催化剂上CO加氢直接生成低碳烃反应优选400℃为较佳反应温度。其次,采用预涂覆中间过渡层法在CZA颗粒表面制备SAPO-34分子筛膜,从而得到CZA@SAPO-34核壳结构催化剂。采用该方法可成功制备出完整且交互生长良好的SAPO-34分子筛膜,膜层致密连续,无裂痕或针孔等缺陷存在。研究结果表明,Y-Al2O3中间过渡层的引入在分子筛膜合成过程中起两种作用。它一方面保护CZA避免受分子筛膜合成液的破坏,另一方面在分子筛膜合成过程中也起促进作用。氧化铝层表面大量的A1-O键更易与SAPO-34分子筛的T-04四面体单元结合,从而参与到SAPO-34分子筛膜的成膜过程中,同时,水热合成过程中在中间过渡层表面形成的AI-O-T-O4层也有效抑制了合成液中生成的NH3对核心催化剂CZA的还原作用。将CZA@SAPO-34核壳结构催化剂用于CO加氢制备低碳烃反应,CZA@SAPO-34核壳结构催化剂的甲醇选择性低于CZA+10%SAPO-34催化剂,体现了核壳结构催化剂的结构优势。而CO转化率却低于CZA+10%SAPO-34催化剂,这是由于核壳结构催化剂制备过程中的高温水热合成导致CZA的催化活性降低。通过N-CZA、CuO、CA-CZ和AC-CZ对核心催化剂进行改进,研究发现水热合成过程会引起核心催化剂Cu/ZnO固溶体中的ZnO晶体变化,进而降低核心催化剂的活性。最后,制备了CZA@Composite-SAPO-34核壳结构催化剂,该制备方法可避免高温水热合成过程核心催化剂的失活。CZA@Composite-SAPO-34的壳层膜是由γ-Al2O3和SAPO-34分子筛颗粒组成的复合膜,核心与壳层催化剂之间的协同作用发挥出了其核壳结构优势。