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F-T合成(Fischer-Tropsch synthesis)是将煤、天然气等含碳有机物气化生成的合成气经催化转化为液态烃类和其他化学品的过程，被认为是未来替代石油燃料生产清洁能源的主要过程之一。其中高效廉价催化剂的开发是F-T合成的核心领域，铁基催化剂因低廉的价格，高的水煤气变换(WGS)活性和适合低H2/CO比煤基合成气转化等优点而成为F-T合成领域最具开发价值的催化剂体系之一。在铁基催化剂中通常需要加入助剂来提高其催化性能，钾助剂由于对F-T合成铁基催化剂的结构及反应性能影响均较大，成为研究最为广泛和深入的助剂之一。随着研究的深入，发现钾助剂与结构助剂之间相互作用对催化剂的催化性能影响非常复杂，因而关于这方面的研究受到众多研究者和催化剂开发人员的关注。
本论文通过制备一系列添加不同载体(Al2O3. SiO2和ZSM-5)复合的钾助铁基催化剂，采用X-射线衍射(XRD)、Mossbauer(MES)谱及程序升温还原(CO-TPR)等手段研究钾与结构助剂之间相互作用对催化剂碳化行为的影响。研究发现不同形式钾助剂对催化剂碳化行为的促进顺序为：K-Al2O3>K-SiO2>K-ZSM-5>K-free。固定床F-T反应结果则表明，催化剂Fe/K-Al2O3和Fe/K-ZSM-5分别具有最高的CO和H2的转化率，而Fe/K-free的转化率最低；Fe/K-SiO2拥有最低的甲烷选择性和最高的C5+选择性；Fe/K-ZSM-5的甲烷选择性在含钾催化剂中最高，并产生最多的液体产物；Fe/K-free生成最多的甲烷和最少的C5+产物。含不同载体的钾助剂的不同助催化行为可用钾与结构助剂之间的相互作用和反应中间过渡物种在活性相与载体间的溢流现象加以解释。
本论文采用程序升温加氢(TPH)方法，并结合原位XPS和红外光谱研究了钾助剂对铁基催化剂表面碳物种的生成及种类的影响。根据TPH过程中甲烷生成曲线发现，催化剂的表面碳物种主要有Cα，Cγ和Cδ。催化剂Fe/K-free和Fe/K-ZSM-5经碳化后，表面存在大量的Cα物种，而添加其它钾助剂的催化剂表面高活性碳物种显著减少，这与催化剂中表面有效钾助剂含量的高低有直接的关系。XPS结果表明，这些表面碳物种主要是C-C(-C-H)、C-O、C=O、铁碳化物(283.8eV)、石墨碳(284.6eV)和强吸附不饱和烃类。同时，钾助剂抑制了C-O、C=O等表面碳物种的加氢脱附，促进了其向大分子烃方向转化。这些发现从表面碳物种角度解释了钾助剂对铁基催化剂F-T反应烃选择性的影响。
本论文用钾水玻璃以物理混合方式对催化剂的表面钾含量进行调变，考察钾含量对催化剂碳化和F-T反应性能的影响。研究发现，钾助剂促进了催化剂的碳化，并且其促进程度随K含量增加而递增；反应后的催化剂主要由x-Fe5C2，Fe3+(spm)和Fe2+(spm)组成，铁碳化物的含量随钾含量的增加而增加。固定床F-T反应表明，随着钾含量的增加，CO转化率先增加，在K/Fe=0.01时，CO的转化率达到最高，然后随钾含量的增加而降低；H2转化率随钾含量的变化趋势与CO类似；WGS反应活性亦随钾含量的增加而增加。对于产物的选择性，随钾含量增加，产物中CH4选择性不断降低，C5+选择性升高。另外，随着钾含量的增加，产物中液体烃产率显著下降，固态蜡产率上升，说明钾助剂的添加有利于重质烃的生成。研究表明，物理混合方式添加的钾助剂能在催化剂表面很好地分散，从而具有有效的助催化作用。