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近年来,异丁烯下游产品需求量日益增长,对异丁烯生产过程和产能均提出了更高的要求。烷烃脱氢作为合理利用丰富低碳烷烃资源、制备高附加值低碳烯烃的一条重要途径,日益受到人们的重视。目前已工业化的脱氢技术均采用催化脱氢路线,所用催化剂为Pt基及Cr2O3基催化剂。尽管二者均具有较好的脱氢反应性能,但却存在着生产成本高和环境污染等问题。因此,开发一类新型的低价环保的烷烃脱氢催化剂,是进一步推广烷烃脱氢技术的关键。本论文致力于新型低价环保脱氢催化剂的开发,展开了系统的研究工作。主要内容包括:采用钼基、硫化钼及多种金属硫化物为催化剂,分别对其异丁烷脱氢活性、稳定性及催化剂再生性能进行了评价,并利用XRD、N2吸脱附、XPS、SEM及H2-TPR等多种表征手段考察了催化剂的构效关系,进而探索了不同催化剂的催化活性相及作用机理。对钼基催化剂的载体效应及负载量的考察结果表明,与Al2O3、SiO2、ZrO2及MgO载体相比,以MgAl2O4为载体,MoO3负载量为5 wt%时,催化剂呈现最佳的脱氢反应活性,在560 oC下异丁烯收率可达33 wt%,此时,钼物种在载体表面分散良好,具有较好的氧化还原性能及适宜的酸碱性。对活性位的研究发现,Mo4+为脱氢反应过程中必不可少的活性物种。此外,微反装置上多次反应再生循环及循环流化床反应装置连续反应评价结果均表明,该催化剂具有较好的稳定性;其中,循环流化床反应装置连续运转200 h内,异丁烷转化率相对平稳,异丁烯收率基本维持在35 wt%。为了进一步提高钼基催化剂的脱氢性能,在催化剂中引入硫物种。研究发现,硫的引入可显著提高Mo/MgAl2O4催化剂的脱氢反应活性,在560 oC下异丁烯单程收率升至56.3 wt%。而反应过程中存在活性诱导期,即新鲜催化剂表面钼物种逐渐被还原为具有脱氢活性的MoS2的过程。活性相MoS2的生成需要适宜的还原性气氛（如CO）;而在H2气氛下,催化剂表面的钼酸盐被还原为MoO2,MoS2-O-MoO2之间不利的相互作用抑制了活性相MoS2的生成。当采用H2S对5Mo/MgAl2O4进行预硫化处理时,反应诱导期消失,但随着反应的进行,异丁烷的转化率逐渐降低;当对失活催化剂进行再次硫化处理后,催化活性可完全恢复。Ni/MgAl2O4催化剂的异丁烷脱氢反应性能并不理想,但硫的引入同样可改善其脱氢活性。未引入硫时,低的镍负载量导致脱氢活性低;转化率随镍含量的增加逐渐升高,但裂解反应加剧,产物中多为甲烷和焦炭,异丁烯选择性差。硫的引入可抑制表面镍物种的聚集及还原,降低裂解反应活性,减少甲烷及焦炭的生成量,异丁烯选择性显著提高至90 wt%。值得注意的是,预硫化后Ni/MgAl2O4催化剂的脱氢性能在初始阶段即可达到最佳,无需经历较长的诱导期。研究发现,NiS为发挥脱氢作用的表面活性物种;催化剂的最佳预硫化条件为560 oC下硫化3 h,此时异丁烷的初始转化率高达64 wt%,并可获得较高的异丁烯选择性。由上扩展至不同金属硫化物催化剂的研究,实验发现,对多种催化剂而言,560 oC下异丁烯收率均可超过50 wt%,反应性能甚至优于工业应用的Cr2O3/Al2O3和Pt-Sn/Al2O3催化剂。进一步的研究表明,硫的引入主要有两方面作用:一是几何效应,即分散催化剂表面聚集的金属物种,破坏裂解反应的活性位,提高脱氢反应的选择性;二是电子效应,即调变金属原子的电子性质,降低烯烃的脱附活化能,限制不利的二次反应,从而提高异丁烯的选择性。此外,本文还推测了硫引入前后金属催化剂表面与异丁烷分子的作用模型,并明确了催化剂的失活机制。