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加氢裂化催化剂是加氢裂化过程的核心技术，改善加氢裂化催化剂活性中心的可接近性是提高重油转化率和中油选择性的关键，在加氢裂化催化剂中引入介孔正是实现这一目标的有效手段。催化剂的孔结构主要取决于载体的孔结构，以微孔分子筛为载体的加氢裂化催化剂由于扩散限制阻碍了减压馏分油(Vacuumgasoil，VGO)大分子对催化剂活性中心的可接近性，制约了加氢裂化过程重油转化率和中油选择性的提高。以MCM-41为代表的介孔分子筛的出现为这一问题的解决带来了希望，但其较差的热和水热稳定性仍然限制了其应用，即使对操作条件较为缓和的加氢裂化过程其稳定性也难以满足要求。为提高MCM-41的热稳定性，本文尝试将其附晶生长于结构稳定的γ-Al2O3表面，借助于MCM-41与γ-Al2O3之间的界面效应，获得了一种具有高热稳定的MCM-41/γ-Al2O3复合介孔材料，并以其为载体获得了一种性能优异的中油型加氢裂化催化剂。
本文首先以γ-Al2O3为原料合成了MCM-41/γ-Al2O3复合材料，考察了合成母液的pH值、模板剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)与硅源的摩尔比(n(CTAB)/n(Si))、投料硅铝比(n(Si)/n(Al))、晶化温度和晶化时间对复合材料中MCM-41性质的影响。结果表明，以γ-Al2O3为起始原料合成的复合材料中，除一部分非原位晶化的MCM-41外，只有少量MCM-41附晶生长于γ-Al2O3的外表面上,γ-Al2O3的孔道主要被无定形硅铝占据。由于γ-Al2O3在水热条件下的碱性介质中的溶解度较大，致使所合成的复合材料中MCM-41的孔壁硅铝比较低，热稳定性较差。
为控制γ-Al2O3在合成母液中的溶解，本文先将其在适当条件下水合成为薄水铝石，然后将模板剂阳离子CTA+离子交换、吸附到薄水铝石的表面，在薄水铝石一水－CTAB－硅酸盐体系中，通过水热晶化将MCM-41附晶生长于薄水铝石的表面，最后在高温下焙烧脱除介孔材料合成用的模板剂，同时将薄水铝石转化为γ-Al2O3，从而获得了一种具有均匀介孔结构的MCM-41/γ-Al2O3复合材料。结果表明，γ-Al2O3的水合温度和水合时间对MCM-41/γ-Al2O3复合材料中的MCM-41的性质具有显著影响，因为水合温度和水合时间可通过对水合产物的晶相、晶粒度和结晶度的影响确定水合产物在合成母液中的溶解度。在MCM-41/γ-Al2O3复合材料的合成过程中，薄水铝石除了作为MCM-41附晶生长的基体外，同时部分溶解为Al(OH)4-作为铝源参与MCM-41孔壁的形成，并对合成介质具有pH值调节作用。薄水铝石的性质直接关系到其上述三种功能的发挥，而γ-Al2O3的水合条件则对薄水铝石性质有着直接的影响。本文系统考察了合成母液的pH值、n(CTAB)/n(Si)、投料n(Si)/n(Al)、晶化温度和晶化时间等因素对MCM-41/γ-Al2O3复合材料中MCM-41热稳定性的影响，结果表明：投料n(Si)/n(Al)是影响复合材料性质的重要因素之一，当投料n(Si)/n(Al)大于0.39时，能够获得包含结构较为规整的介孔分子筛的复合材料；高热稳定性MCM-41/γ-Al2O3复合材料合成的pH值应控制在9.0～11.0之间；n(CTAB)/n(Si)应在0.20左右；合适的晶化时间和晶化温度分别为1d和150℃。在100％的水蒸汽中于800℃下水热处理2h后，机械混合物中的MCM-41相对结晶度为48.6％，而复合材料中MCM-41的相对结晶度为53.9％。
借助X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和能谱(EDS)、氮等温吸附－脱附分析、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、激光粒度分析、X射线光电子能谱(XPS)、程序升温氨脱附(NH3-TPD)和核磁共振(NMR)等手段对采用两种方法合成的MCM-41/γ-Al2O3复合材料进行了系统的表征。结果表明：在以γ-Al2O3为基体直接合成的MCM-41/γ-Al2O3复合材料中，MCM-41主要生长于γ-Al2O3的外表面，而在γ-Al2O3的孔道内的生成物则主要为无定形硅铝，在γ-Al2O3颗粒外部的合成体系中还生成了一部分非原位晶化的MCM-41；在以薄水铝石为基体时，所合成MCM-41/γ-Al2O3复合材料的结构和MCM-41的生长情况受投料n(Si)/n(Al)和薄水铝石的性能影响很大，当投料n(Si)/n(Al)大于1.17时，MCM-41主要生长在薄水铝石的表面，形成椭球状的颗粒，而当投料n(Si)/n(Al)小于1.17时，由于薄水铝石的表面没有完全被MCM-41占据，致使在复合材料的干燥过程中薄水铝石胶粒将复合材料粒子粘结起来形成大的颗粒。由于薄水铝石对合成母液pH值的调节作用可促进硅酸盐的聚合，因而与Si-MCM-41相比，MCM-41/γ-Al2O3复合材料中MCM-41的晶胞常数增加。经900℃焙烧2h后，复合材料中MCM-41的热稳定性优于Si-MCM-41。
以上述高热稳定性的MCM-41/γ-Al2O3复合材料为载体，制备了Ni-W/MCM-41/γ-Al2O3加氢裂化催化剂，以大庆VGO为原料进行了催化剂的性能评价，并与以MCM-41和γ-Al2O3的机械混合物为载体制备的Ni-W/MCM-41-γ-Al2O3催化剂和一种工业加氢裂化催化剂进行了比较。结果表明，随着γ-Al2O3水合时间的延长，Ni-W/MCM-41/γ-Al2O3催化剂的活性逐渐升高，中油选择性先升高，然后下降；降低复合材料合成的投料n(Si)/n(Al)，催化剂的活性逐渐降低，中油选择性提高。与Ni-W/MCM-41-γ-Al2O3催化剂相比，Ni-W/MCM-41/γ-Al2O3催化剂具有更高的活性和中油选择性。与工业加氢裂化催化剂相比，Ni-W/MCM-41/γ-Al2O3催化剂的加氢裂化活性低，但中油选择性高。在100cm3的固定床加氢裂化装置上进行的加氢裂化反应结果表明，Ni-W/MCM-41/γ-Al2O3催化剂的VGO转化率为74.6％，中油选择性达到92.2％。
上述研究结果表明，以γ-Al2O3的水合产物薄水铝石为基体原位制备的MCM-41/γ-Al2O3复合材料具有较为规整的介孔结构，复合材料中MCM-41的热稳定性明显提高，以复合材料为载体制备的加氢裂化催化剂对VGO的加氢裂化表现出优异的性能，若能在此基础上进一步开发，可望获得一种高性能的重油加氢裂化催化剂载体材料。