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生物质气化是最具应用前景的生物质利用技术之一,但是气化过程中副产物焦油的形成一直制约该技术的广泛应用。催化裂解法因其有效性和先进性而成为一种理想的焦油脱除技术。由于生物质气化焦油成分复杂,常采用甲苯作为生物质焦油模型化合物研究催化剂的催化重整特性。本文以生物质气化焦油模型化合物甲苯为研究对象,以煅烧蚌壳为催化载体,在固定床反应器上评价了镍-煅烧蚌壳基催化剂以及不同助剂（Fe、Co、Cu和Ce氧化物）修饰的催化剂的催化性能,并使用量子化学计算软件对甲苯在Fe和Ni催化剂催化作用下的裂解进行量子化学分析。本论文主要包括以下三个部分:（1）首先通过浸渍法制备煅烧蚌壳负载镍（NiO/CMS）催化剂,在固定床反应器上评价了NiO/CMS催化甲苯水蒸气重整的性能。采用X射线衍射（XRD）、氢气程序升温还原（H2-TPR）、扫描电子显微镜电镜（SEM）、热重分析仪（TG）等分析了催化剂的物化特性。研究了镍负载量（5-12wt.%）、反应温度（700-900℃）、水碳摩尔比（1.0-4.0）以及反应空速(0.83-2.06h-1)对甲苯碳转化率的影响。比较了煅烧蚌壳及其负载NiO催化剂与氧化钙及其负载NiO催化剂的活性。结果表明:l0%wt.NiO/CMS催化剂在反应温度为850℃、水碳摩尔比为3.0、反应空速0.83h-1条件下对甲苯具有较高的催化活性,甲苯的碳转化率达到66.0%。与氧化钙及其负载NiO催化剂相比,NiO/CMS催化剂具有较高的反应活性。NiO/CMS催化剂的自还原性与反应温度有关,在800℃的条件下,催化剂能被反应气氛中的还原性气体（如H2、CO）还原。TG结果表明,催化剂上的积碳量随着反应温度的增大,S/C摩尔比的增大以及反应空速的减小而降低。在最优反应条件下,10%NiO/CMS上的积碳约为17.1mg/100mg。（2）为了提高催化剂的活性以及抗积碳性能,采用共浸渍法制备了不同助剂（Fe、Co、Cu和Ce氧化物）修饰的镍-蚌壳基催化剂,并运用XRD、H2-TPR、CO2-TPD等表征技术对催化剂进行物理表征。在固定床反应器上进行甲苯水蒸气重整实验,考察反应温度、水碳比、反应空速以及助剂负载量对甲苯转化率的影响。结果表明:最优反应温度为850℃,最优S/C摩尔比为3.0,最优反应空速为0.83h-1,与单金属催化剂的最优反应工艺条件相似。在最优反应条件下,10Ni5Fe/CMS双金属催化剂的甲苯碳转化率和H2产率较高,分别达到了90.0%和218.9g H2/kgToluene;随着助剂与NiO的含量比的增加,双金属催化剂对甲苯转化率先增大后降低,最佳铁镍、铈镍、铜镍和钴镍比分别为0.5、0.3、0.5和0.5;根据Arranius方程计算各金属催化剂的反应活化能。结果表明,10Ni5Fe/CMS双金属催化剂的反应活化能较低,为66.91KJ/mol。采用TG表征分析了反应后各催化剂上的积碳情况,并进行了烧炭动力学分析。结果表明,助剂金属的添加降低了催化剂上的积碳量,其中铁氧化物助剂的抗积碳性能最优,10Ni5Fe/CMS双金属催化剂的烧炭活化能较低,为144.2KJ/mol。（3）使用量子化学计算软件高斯09,在密度泛函理论的基础上采用反应焓分析法和Mulliken键布居数分析法对甲苯在Fe和Ni催化剂催化作用下的裂解进行量子化学分析。结果表明,甲苯自由基吸附在Fe和Ni表面后,甲苯中碳碳键的Mulliken键布居数均有不同程度的减小,对应碳碳键的稳定性有所下降,即Fe和Ni对甲苯裂解具有明显的催化作用。并且甲苯吸附在Ni上时,对应碳碳键的Mulliken键布居数下降的更为明显,碳碳键更加容易断裂,即Ni对甲苯裂解的催化作用更为显著。