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由于具有高活性、高直链烃选择性和低水煤气变换反应的特点，钻基催化剂在天然气为合成气源头的费托合成反应中成为深具吸引力的催化剂体系。一般来说，还原态钴被认为是催化剂的活性相，而载体的物化性能会影响催化剂的还原度、分散度以及钴与载体间相互作用，进而改变催化剂的活性和选择性。近年来，由于ZrO2具有众多优点而被作为助剂和载体广泛研究。ZrO2能够增加氧化钴还原度，抑制积碳而稳定活性，产生H2溢流作用，提高了催化剂分散度和改善金属载体相互作用等。尽管一些研究认为形成钴锆物种能够提高氧化钴还原度，但是钴锆相互作用的本质并没有被完全理解。本论文以钴锆共沉淀催化剂为研究对象，可望为制备工业化的钴基费托合成催化剂提供一些基本信息。
本论文采用共沉淀方法制备钴基催化剂，采用BET、XRD、XPS、FT-IR、TPR、Raman、和in-situ IR等手段表征其物化性能；同时，在P=2.0 MPa，GHSV=2000 h-1，T=200-250℃，H2/CO=2的反应条件下，在固定床或浆态床中进行催化剂费托合成反应性能评价。在此基础上，开展了预处理对催化剂物化性能和反应行为影响的研究并获得了如下结果：
(1)讨论了还原一氧化预处理对Co-ZrO2共沉淀催化剂结构和反应性能的影响。采用TPR进行了还原一氧化预处理还原行为的研究，结果表明还原一氧化预处理能够提高催化剂的还原度。由于氧化钴物种和载体间相互作用的改变，在250℃下氧化钴物种可以被二次还原。
催化剂的物化性能在一定程度上受到还原一氧化预处理的影响。初始还原温度的升高导致催化剂BET面积减小，载体从无定形锆转变为四方相锆；而且，初始还原温度越高，钴物种和载体晶型越趋完美，并形成单质钴。此外，催化剂的分散度、氢吸附能力和表面钴原子比随着初始还原温度的升高而下降，表明钴物种和载体间相互作用增强。XPS显示初始还原温度升高有助于部分还原的ZrO2迁移到金属钴表面。
由于发生了结构变化，还原一氧化预处理提高了催化剂的费托合成反应性能。在210℃反应时新鲜催化剂几乎没有催化活性，但经还原一氧化预处理的催化剂在同样反应条件下呈现较高活性。尽管催化剂的转化频率保持不变，但其活性随初始还原温度的升高而降低，这归因于金属钴活性中心减少的缘故。
(2)水热预处理对Co-ZrO2共沉淀催化剂的结构和反应性能有显著影响。钴物种从体相向表相迁移，导致钴颗粒尺寸增加，钴锆相互作用减小。催化剂分散度降低，CO吸附能力下降。费托合成性能和CO吸附能力相一致，但是CH4选择性保持恒定。另外，较大的钴颗粒不仅增加了重质烃选择性还增加了碳链增长因子。
(3)考察了预处理气氛对Co-ZrO2共沉淀催化剂的织构、晶相和形貌的影响。结果表明，在Ar和H2中催化剂经500℃以上的处理后呈现出显著的烧结，合成气处理导致催化剂烧结且有破裂的痕迹，而CO处理导致催化剂严重破裂并有明显积碳发生。XRD指出，经H2还原的催化剂在44.4°处出现立方单质钴，而合成气和CO处理后分别在41.7°，44.4°和47.5°出现立方单质钴和六方单质钴。还原态催化剂暴露空气后，被H2还原的催化剂的钴物种变为Co3O4，但是被CO和合成气还原的催化剂钴物种没有变化。这说明积碳能阻止单质钴氧化。
在CO中处理后，由于存在积碳导致催化剂在230℃没有费托合成活性。在合成气和H2中处理后，催化剂具有相似的CO转化率，前者导致积碳出现，引起CH4选择性升高。在氢气中二次还原，由于能够部分消除积碳，催化剂活性得到提高。然而，第一步采用CO或者合成气还原的催化剂依然保持较高的CH4选择性。
(4)由于不完全还原的催化剂中出现CoO物种，在反应过程中存在钴物种从催化剂中流失的现象。其本质为钴物种从CoO变成Co2+离子，再转变成Co(OH)2。这一变化会改变产物水的pH值。因此，高温还原能够减少钴流失的量。尽管如此，钴流失不会显著地引起催化剂失活。此外，CO气氛是造成钴流失主要的诱因。
总之，本论文通过对钴锆共沉淀催化剂采用多种手段预处理，基本阐明了催化剂中钴锆的相互作用，积碳在还原和反应中的演变过程以及钴流失行为等。这为催化剂的后续开发提供了依据和借鉴。