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能源问题和环境问题是当今世界所面临的两大难题。随着近年来化学工业的迅猛发展，世界各地二氧化碳的排放量急速升高。我国二氧化碳的排放量以及增长率都是处于世界前列。二氧化碳是一把“双刃剑”，如不能合理的加以利用，就会给人类的生活带来很大的威胁，它的过量排放所导致的温室效应已为人们所知；另一方面，如果能够将其合理利用，转化为有价值的产品，它便可作为供给人们使用的廉价碳资源而缓解日益紧迫的能源问题。这也是近些年来世界各国大力开展二氧化碳固定、转化等研究的主要原因。
二氧化碳的催化转化是二氧化碳利用的最有效途径之一。目前对于二氧化碳多相催化转化的研究主要集中在二氧化碳催化加氢、二氧化碳与甲烷的重整、碳酸酯类的合成等等几个方面。而关于二氧化碳催化加氢的研究则主要集中在甲醇、二甲醚、低碳烯以及其他普通烃类的合成上。而以铁基催化剂与分子筛的混合物作为催化剂，通过二氧化碳加氢可以高选择性地合成作为汽油添加剂使用的异构烷烃。它不但可以提高汽油的辛烷值，而且可以减少污染物的排放，具有很好的研究价值。本论文通过对不同反应条件、不同反应物、不同催化剂组成条件下反应结果的分析，研究了二氧化碳在Fe-Zn-Zr/HY复合催化剂上催化加氢合成异构烷烃的反应过程和催化机理。
本论文工作主要有以下几方面内容：
(1)研究了反应参数对Fe-Zn-Zr/HY复合催化剂上二氧化碳加氢合成异构烃类的影响。结果表明，温度的升高有利于二氧化碳转化率的提高，产物中总烃的选择性以及目的产物异构烃的选择性在反应温度为340℃达到最大值；随着压力的升高，二氧化碳的转化率升高，烃类中高碳数烃及目的产物异构烃选择性提高；随着反应空速的增大，二氧化碳的转化率下降，低碳数烃的选择性升高，高碳数烃及异构烃的选择性降低；随着反应时间的延长，二氧化碳的转化率降低，C4+烃以及异构烃的选择性逐渐降低，低碳数烃的选择性呈增大趋势；金属催化剂与分子筛之间的比率为2时，反应效果最佳。在这一比例的情况下，无论是烃类的产率还是异构烃的选择性都取得了较好的结果。
(2)考察了Fe-Zn-Zr/HY复合催化剂上一氧化碳与二氧化碳加氢的区别以及逆水煤气变换反应在二氧化碳加氢合成烃类反应中的角色。结果表明无论是在金属催化剂上还是金属/分子筛的复合催化剂上，二氧化碳与一氧化碳加氢生成烃类的途径在本质上都是不同的，而烃类在分子筛上进一步异构化的过程则是相似的；同时说明逆水煤气变换反应不是二氧化碳加氢合成异构烃整个反应过程的必要步骤。
(3)研究了甲醇在Fe-Zn-Zr/HY, Fe-Zn-Zr,Fe-Zn-Zr/HY各种催化剂上的反应性能。结果显示甲醇在HY分子筛上可以高选择性的生成异构烃，随着温度升高，二甲醚的选择性降低，C2、C3、i-C4、i-C5的选择性升高，当反应温度为340℃时，i-C4、i-C5的选择性达到40.1％的最大值，随着反应温度的继续升高，虽然C2、C3的选择性继续增大，但异构烃的选择性开始急剧下降；空速的增大对于烃类中C2、C3、i-C4、i-C5的合成不利；反应时间的延长有利于二甲醚的选择性的升高而不利于异构烃的合成。在Fe-Zn-Zr金属催化剂上，甲醇的转化率以及烃类的选择性在300℃时达到最大值，随着反应温度的升高，一氧化碳的选择性降低，二氧化碳的选择性升高，在280-360℃的反应温度区间，甲醇转化所得产物烃中几乎只有甲烷和C4，其它烃类很少。在整个二氧化碳加氢合成异构烃的反应过程中，Fe-Zn-Zr/HY复合催化剂中的Fe-Zn-Zr金属催化剂不仅仅只起甲醇合成催化剂的作用，一部分的甲烷和C4是甲醇直接在单独的Fe-Zn-Zr金属催化剂上转化形成的，另外，它对于异构烃的合成是有直接贡献的；目的产物异构烃中的i-C4是经由C3与甲醇通过MTG(methanol to gasoline)反应过程所合成，i-C5则是由C2=与C3=发生二聚反应合成的。
(4)考察了Fe-Zn-Zr/HY复合催化剂中各组分在二氧化碳加氢合成异构烃反应中的作用和其催化作用实质。实验结果表明，复合催化剂Fe-Zn-Zr/HY对反应的催化作用源于催化剂中的金属组分Fe-Zn-Zr与HY分子筛在合成烃类反应过程中独立催化作用的结合。金属组分Fe-Zn-Zr的主要作用是合成甲醇，并对异构烃的形成有所贡献；HY分子筛的主要作用则是将甲醇转化为烃类，并进一步合成异构烃。Fe-Zn-Zr/HY复合催化剂中对二氧化碳加氢活性起决定作用的主要组分是Fe、Zn；金属催化剂中第三组分对异构烃的合成具有极大的促进作用,一些酸碱性适中的两性金属如Zr、Al、Cr、Mn等对于此反应具有改善作用；复合催化剂中的分子筛不但会使二氧化碳的转化率提高，同时使烃类分布中C2+烃成为主要成分；分子筛种类的不同对于复合催化剂的活性影响很小，但对产物中总烃的选择性以及各种烃类分布的影响非常大。对于C4+烃的合成来说，HY分子筛由于其孔道结构的适宜而优越于其它的HZSM-5、删等几种分子筛，而在异构烃的合成上，HY分子筛又由于其酸性的适合而比其他几种分子筛具有更好的催化性能。