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聚苯乙烯(PS)催化加氢制备高性能聚环已烷基乙烯(PCHE)是一个具有良好工业前景的聚合物高性能化过程。PS加氢体系具有高分子尺度大、聚合物溶液黏度高等明显区别于小分子加氢体系的特点。关于PS加氢的反应机理、催化剂设计方面的研究报道较少。针对PS加氢制备PCHE的过程面临现有加氢催化剂活性低、结构不适宜于工程应用等实际问题。本课题研究了催化剂载体结构和性质对PS加氢过程的影响,进行了动力学分析。在此基础上,优化催化剂结构设计,首次将纳米碳管(CNTs)催化剂应用于PS加氢领域,进一步探索整体式大孔泡沫陶瓷(CF)的制备及应用,对PS加氢过程提出机理性认识。本文的主要研究工作及成果有如下几方面：(1)本文首先合成了具有不同孔结构的粉末状Pd/BaSO4催化剂,在间歇釜式反应器中考察了不同孔结构的粉末状Pd/BaSO4催化剂催化PS加氢的活性。采用低温N2吸附、透射电子显微镜(TEM). X射线衍射(XRD)考察了催化剂载体孔结构对Pd/BaSO4催化剂中活性组分Pd的分散度及分散位置的影响。通过关联催化剂表征结果和加氢动力学数据,发现PS加氢反应活性不仅与活性金属的分散度有关,还与活性金属的分散位置有关。优选具有较大外比表面积的催化剂Pd/BSC-6H,以减小内扩散影响。不同孔结构的负载型Pd/BaSO4催化剂催化PS加氢相对氢气压力为零级,相对苯环浓度接近一级。(2)为了消除PS线团在催化剂表面的内扩散,本文将具有一维纳米结构的CNTs作为催化剂载体,采用浸渍法制备了Pd/CNTs催化剂,首次将其应用于PS加氢反应。实验表明其在PS加氢中具有十分高的活性。在同样的Pd负载量的情况下,初始加氢速度远高于5wt%Pd/BaSO4和5wt%Pd/活性炭催化剂。通过低温N2吸附、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES、TEM、XRD、CO化学吸附等方法对Pd/CNTs催化剂进行表征,并结合动力学分析探究Pd/CNTs具有高活性的原因和PS加氢的反应机理。Pd/CNTs催化PS加氢相对氢气压力、苯环浓度均为零级。CNTs载体具有一维纳米级管状结构使得催化剂中活性金属Pd分布于CNTs的外表面,同时,CNTs具有纳米级的管状结构且C为sp2杂化,含有C-H结构以及苯环结构的大分子链可以与CNTs表面相互作用,使得大分子链可以在CNTs表面发生构型变化,促进PS线团在Pd/CNTs表面的吸附,有利于大幅度提高催化活性。(3)采用有机模板复制法制备了TiO2CF,对泡沫陶瓷的化学组成、制备条件等采用均匀实验设计进行优化,建立了泡沫陶瓷强度、孔隙率与浆料配方、陶瓷制备条件的相互关系式,优化制备了单元窗口直径为400-600μm、骨架含有200-300nm大孔的三维网络结构的TiO2CF。通过TEM、SEM-EDX、XRD、ICP-AES、XPS对负载Pd的Ti02泡沫陶瓷的物理化学性质进行表征,结果表明活性组分Pd可以均匀分布在TiO2大孔泡沫陶瓷表面。骨架内PS线团扩散分析表明,Pd/CFs催化剂催化PS加氢过程的Weisz模数均小于0.30, PS线团在孔壁骨架内部大孔中扩散阻力可以忽略。(4)采用陶瓷表面HF蚀刻、溶胶-凝胶表面涂层等方法对陶瓷表面进行改性,以增加泡沫陶瓷的表面积。溶胶-凝胶法涂膜可以在陶瓷表面形成均匀的介孔SiO2涂层,且SiO2涂层在超声条件下结合牢固。HF蚀刻可以移除泡沫陶瓷表面的SiO2,制造直径为0.5-1.0μm的孔。SiO2涂膜和HF蚀刻均可以增加泡沫陶瓷比表面积,提高活性金属Pd在载体上的分散度,一定程度上提高泡沫陶瓷催化剂的PS催化加氢活性。(5)采用化学气相沉积法在直接在泡沫陶瓷表面生长纳米碳纤维(CNF),初步探索了整体式纳米碳纤维-泡沫陶瓷(CNF-CF)的制备及在PS加氢中的应用。实验表明,可以通过调控反应时间调节生成的碳纤维长度,制备得到基体表面生长着互相缠绕的CNF的整体式CNF-CF。进一步制备得到Pd/CNF-CF催化剂在PS加氢反应中表现出高活性。这是由于CNF-CF明显增加泡沫陶瓷的表面积,避免催化剂内扩散,其一维纳米碳结构有利于PS线团的吸附和活化。