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环氧丙烷(PO)是一种重要的有机化工原料，目前工业上生产环氧丙烷的工艺主要有氯醇法和Halcon法。氯醇法需要氯气，在生产过程中产生大量的含氯废水，对环境造成严重污染，Halcon法则存在在生产PO过程中伴随大量联产品生成等缺点。利用分子氧为氧化剂进行丙烯环氧化反应是最理想生产PO的工艺，同时也是催化领域最具挑战性的课题之一。
本论文制备了一系列改性Ag/α-Al2O3催化剂，详细考察了其在丙烯一步环氧化反应中的催化性能。利用XPS、XRD、SEM/EDS、TG-DTA、CO2-TPD、H2-TPR和低温氮吸附等分析测试技术对催化剂进行了表征，并将表征结果与催化剂的环氧化性能进行了关联；利用O2-TPD和原位FT-IR技术对催化剂表面的反应物和产物的吸脱附以及反应行为进行了研究。详细考察了助剂、改性剂、抑制剂和反应工艺条件对催化剂环氧化性能的影响，为丙烯环氧化制环氧丙烷催化剂的进一步研究提供了基础数据。取得了如下的主要研究结果：
比表面积在～10m2/g，孔径的最可几分布在0.1～0.15μm的α-Al2O3适宜做Ag催化剂的载体。当0.1wt％的Y2O3添加到20wt％Ag-0.1wt％K2O/α-Al2O3催化剂中时，催化剂的环氧化性能得到了大幅度的提高。在245℃、0.1MPa和2000h-1的反应条件下，PO选择性为46.8％，丙烯转化率为4.0％。研究表明，少量的Y2O3可以有效提高Ag的缺电子特性，使Ag表面吸附的氧物种具有适宜的亲电性，提高了PO选择性，起到了电子型助剂的作用；另一方面，Y2O3可有效地抑制α-Al2O3载体表面以及Ag颗粒的团聚和烧结，起到了结构型助剂的作用。
20％Ag-0.1％Y2O3-0.1％K2O/α-Al2O3催化剂前驱体银胺络合物的热分解温度和时间对催化剂的环氧化性能有较大影响。当热分解温度在240～300℃时，Ag晶粒从15.7nm增大到16.3nm；当温度从300℃升到400℃时，Ag晶粒从16.3nm长到20.3nm。另外，银胺络合物热分解温度对催化剂的表面形貌影响较大。在空气中、280℃、10min的热分解条件下，在催化剂表面可形成100～200nm的球状银颗粒。
O2-TPD研究表明，当Y2O3和K2O助剂同时添加到Ag/α-Al2O3催化剂中时，减少了银表面上使丙烯完全氧化的吸附氧物种的数量，使反应向环氧化方向进行。原位FT-IR技术的研究表明，丙烯与α-Al2O3载体表面不发生化学反应，而会与非改性或改性的Ag/α-Al2O3催化剂表面吸附的氧物种反应生成CO2；PO无论吸附在α-Al2O3载体还是在非改性或改性的20％Ag/α-Al2O3催化剂表面上，在有氧条件下，当反应温度高于245℃，停留时间过长时，丙烯或生成的PO会深度氧化或开环异构化反应生成CO2和H2O。 Cs2O对催化剂环氧化性能的作用优于其他碱金属氧化物。当含量在200～1000ppm时，PO选择性上升到48％左右，丙烯转化率增加到4.5％。当Sb2O3含量在1000～2000ppm时，PO选择性可达到48.9％，丙烯转化率为3.1％，而Fe2O3、CuO和ZnO均使催化剂的环氧化性能降低。当2000ppm的Nacl或1000ppm的CsCl添加到催化剂中时，PO选择性分别可达到52.2％和55.8％，丙烯转化率约为2.8％。当BaCl2控制在1000～5000ppm时，PO选择性可达到55％左右，丙烯转化率约为2％。当500ppm的CuCl2添加到催化剂中时，丙烯的转化率从4.0％下降到2.7％，PO选择性达到极大值55.3％。
在原料气中适量地添加有机氯化物、CO2或NOx抑制剂能够提高20％Ag-0.1％Y2O3-0.1％K2O/α-Al2O3催化剂对丙烯环氧化反应的性能。在有机氯化物添加剂中，CH3CH2CCl3的作用最为明显。当原料气中含有200ppm时，PO选择性可达到77.4％，丙烯转化率下降到0.6％。NOx和CO2的效果相似，添加适宜的量时，可使PO选择性上升到54％，丙烯转化率为3％。
新鲜催化剂银的晶粒尺寸为15.7nm；当催化剂使用150h后，银晶粒烧结现象不明显(16.2nm)，当微量的有机氯存在时可以有效地抑制银晶粒的烧结(14.7nm)，同时催化剂表面出现了新的Ag2O、AgO和AgCl晶相，这些晶相与Ag共存。