化石能源直接燃烧产生的大量二氧化碳和甲烷等温室气体进入大气层后导致地球升温而造成的全球气候变暖是人类迄今所面临的最重大环境问题,全球气候变暖已严重影响到人类的生存和可持续发展进程。Fischer-Tropsch (F-T)合成技术是将煤、天然气和生物质气化成合成气进而转化为烃类液体燃料,大规模地生产高品质的汽油、柴油等清洁油品和其它高附加值化学品的二次能源转化技术,是减少环境污染、缓解石油资源短缺、推进煤炭清洁高效利用的重要途径。然而,F-T合成尾气中CO2、CH4等温室气体的排放及生产过程的高能耗制约了该技术的长足发展。设计和制备具有高反应活性以及高C5+选择性F-T合成催化剂是解决该问题的重要手段之一。CH4/CO2重整制合成气技术是对温室气体CO2、CH4进行合理转化与利用的工艺过程,F-T合成反应和CH4/CO2重整具有相似的催化剂体系,而且,F-T合成反应为一放热反应,CH4/CO2重整为一吸热反应,将这两种反应过程进行耦合不仅有助于F-T合成反应中温室气体的减排,通过物质循环和能量流动达到反应过程中的生态平衡,具有极其重要的环保和经济意义。本论文根据F-T合成反应和CH4/CO2重整反应催化剂的特点,分别制备了以不同孔径的ZrO2、介孔铈锆固溶体为载体的负载型钴基催化剂,采用XRD、N2-吸附/脱附、TEM、SEM、XPS、TPR,氢气化学吸附等方法对催化剂的物理化学性质进行了表征,系统地考察了催化剂组成、孔径结构对催化剂性质和催化反应性能的影响。在铈锆固溶体钴基催化剂体系中,模拟F-T合成反应与CH4/CO2重整反应过程的耦合,综合评价了一次耦合后甲烷及二氧化碳减排量,得到了如下结论：1.对具有3DOM结构的Co/ZrO2催化剂的F-T合成催化反应性能进行了研究,由于具有3DOM结构的ZrO2载体具有规则相通网状的大孔孔道特点,活性组分很少聚集使催化剂具有更好的分散度和还原度,可为反应提供了更多的活性位,使催化剂具有更好的反应活性；活性组分的高度分散,降低了载体与活性物质之间的相互作用,是催化剂CO转化率及反应速率提高的关键原因。催化剂的选择性依赖于催化剂3DOM ZrO2载体的孔结构,大孔使反应物/产物分子的快速移除,有利于C5+选择性的提高,而3DOM ZrO2载体孔壁上较小的介孔限制了反应物/产物的有效扩散,使催化剂同时具有较高的甲烷选择性。为进一步提高3DOM Co/ZrO2催化剂的反应活性和C5+选择性,可通过优化3DOM ZrO2载体上的双孔的大孔和介孔孔径尺寸来实现。2.采用水热合成法制备的不同Ce/Zr比的具有介孔结构的ZrO20.02,0.05,0.08,0.10)载体,用等体积浸渍法制备了以铈锆固溶体为载体的钴基催化剂。通过各种表征手段对催化剂的物理化学性质进行了表征,系统地研究了该类催化剂的F-T反应性能及其关系。随着Ce/Zr比的增加,由于Zr4+进入CeO2中占据Ce4+的晶格,所形成的铈锆固溶体的XRD图谱相比于纯CeO2特征衍射峰的衍射角度明显右移并宽化,载体结构呈现出双孔特征,双孔结构载体的小孔改善了催化剂中活性组分钴在载体表面的分散性,决定了催化剂的反应活性；而双孔结构载体上的大孔提供了分子传递快速通道,有利于反应物/产物在催化剂表面的快速有效扩散,决定着F-T合成反应产物的选择性。各种表征方法最终得到一致的研究结果,催化剂反应活性遵循Co/Ce0.05Zr0.95O2> Co/Ce0.08Zr0.92O2>Co/Ce0.02Zr0.98O2>CO/Ce0.10Zr0.90O2的规律；以铈锆固溶体为载体的钻基催化剂中,Ce元素能够抑制反应过程中活性金属钴在催化剂表面的聚集,催化剂表现出优异的F-T活性抗失活性能力,具有良好的稳定性。3.采用等体积浸渍法制备了CeO2助剂改性的ZrO2-nCeO2(n=5,10)载体,继而用等体积浸渍法制备了Co/ZrO2-nCeO2(n=0,5,10)催化剂。研究发现,在催化剂中,钴活性组分以Co304形式存在。少量CeO：助剂能够促进催化剂中易还原的表面相数量的增加,使催化剂的还原性能明显提高。而加入较多的Ce02助剂,由于活性金属在载体表面的聚集,催化剂中的钴物种主要以体相形式存在,还原温度提高,使催化剂的还原性能下降。相比于没有Ce02改性的催化剂,少量Ce02的加入可使催化剂拥有更多的表面活性位。因此在F-T合成催化反应过程中催化剂Co/ZrO2-5CeO2具有较高的反应活性和较高的C5+选择性。同时,Ce02助剂能够抑制反应过程中活性金属钴在催化剂表面的进一步的聚集,具有良好的抗烧结性能,含有Ce02助剂的催化剂在F-T反应中表现出优异抗失活性能,具有良好的稳定性。4.以铈锆固溶体为载体的催化剂Co/Ce0.6Zr0.4O2和Co/Ce0.33Zr0.67O2保留了Ce02的立方晶型结构,与Zr02和Ce02相比,由于铈锆固溶体(Ce0.6Zr0.402和Ce0.33Zr0.67O2)具有较高的比表面积和独特的氧化还原性能,改善了催化剂中活性组分钻物种的分散度和还原度,因而使催化剂在CH4/CO2重整反应中具有较高的反应活性和较好的选择性,其优良的抗积炭性能使催化剂具有很好的稳定性。通过对F-T合成反应与CH4/CO2重整反应的耦合模拟,将F-T合成反应尾气中的CH4和C02作为CH4/CO2重整反应的原料进行合成气的转化,所得产物具有较低的H2/CO比值,可直接作为F-T合成反应的原料气体进行循环使用。综合F-T合成放热反应和CH4/CO2重整吸热反应的特点,不仅实现了生产过程的能量平衡,而且有效地将反应过程中产生的温室气体进行了资源化利用。经对F-T合成尾气作为原料进行一次CH4/CO2重整催化反应的模拟耦合,F-T合成反应尾气中温室气体CH4排放量降低了81.0%,CO2排放量降低了82.4%,有效降低了温室气体的排放。