随着经济的不断增长以及石油资源的枯竭,全球能源危机日益严重,寻找一种替代能源己经迫在眉睫。从国家能源战略的角度出发,研究开发以一碳资源替代石油作为原料的新化学生产工艺,对于我国这样一个煤多、油少、甲烷资源丰富的国家有着重要的意义。近年来,人类生活垃圾的堆积量和排放量飞速增长。通过厌氧法可以把生活垃圾转化为发酵气,这种发酵气的主要成分是体积比为1：1的甲烷和二氧化碳,因此,利用甲烷二氧化碳重整生产高纯度合成气,再转化成有用化学品是一种非常有前景的生活垃圾处理方法。它不但可以实现城市生活垃圾的减量化和资源化,还能减小温室气体的排放。作为城市填埋气制二甲醚项目的第一阶段工作,本文重点研究了水热条件下性能优良的长寿命甲烷二氧化碳重整催化剂的制备。SBA-15介孔分子筛的孔径较大、孔壁较厚、热稳定性较好,是一种良好的催化剂载体。本论文利用SBA-15介孔分子筛孔道的限域和结构导向作用制备了高分散的镍基催化剂,研究了制备方法、载体等对催化甲烷二氧化碳重整反应性能的影响。在此基础上,制备了Ni-SBA-15和Ni-Mo/SBA-15双金属催化剂,并利用过渡金属(Co、Zr、W),碱土金属(Ca、Mg)以及稀土金属(La、Ce)对Ni-Mo/SBA-15进行了改性；评价了上述催化剂的活性和稳定性；采用N2吸附、XRD、H2-TPR、CO2-TPD、FT-IR、XPS、SEM和TEM等技术进一步研究了催化剂结构与性能之间的关系。主要研究结果如下：3 wt%Mo/12wt%Ni-/SBA-15催化剂对甲烷二氧化碳重整制备合成气具有较优良的催化活性和稳定性。在常压,反应温度800℃、CH4:CO2=1:1、空速1.2×104ml gcat-1h-1的条件下,甲烷转化率最高达到97%,并保持90%以上转化率达500 h,二氧化碳转化率最高达到97%,并保持80%以上转化率达550 h,在稳定性反应评价进行了550 h后,甲烷和二氧化碳的转化率分别为86%和82%。反应产物的H2/CO比在550 h评价中约为0.9。该催化剂在反应后保持了较好的介孔结构,没有孔道堵塞现象,较少有积碳产生。研究表明,由金属Ni上的积碳可以迁移到Mo上,进而形成Mo2C,从而起到抑制Ni基催化剂的积碳,弥补了失活较快的缺陷。添加了过渡金属氧化物的Ni-Mo/CoO(ZrO, WO)/SBA-15系列催化剂对甲烷二氧化碳重整制合成气具有优良的催化活性,在反应后也保持了较好的介孔结构,没有孔道堵塞现象,也较少有积碳。其中Ni-Mo/ZrO/SBA-15催化剂在150 h稳定性测试时间范围内,转化率基本保持不变,说明ZrO2具有较特殊效果。研究发现,ZrO2具有非常好的氧交换能力和迁移能力,氧空位是体相与表面和表面与气相氧交换的驱动力。当载体中有ZrO2存在时,在催化剂表面有氧空位形成,加速了表面与体相以及与气相氧的交换,同时由于反应过程中不同固相之间的氧交换是同时进行的,富氧的ZrO2于贫氧的ZrO2之间的循环以及ZrO2与Mo之间的晶格氧交换的非常快,阻止了反应过程中MoO3及MoO2的还原,维持了在实验条件下MoO3/MoO2/Mo和NiO/Ni的氧化还原动态平衡,阻止了Ni, Mo及其氧化物的相转变,保持了Ni-Mo/ZrO/SBA-15催化剂较高的活性和稳定性。在Ni-Mo/SBA-15催化剂中引入La2O3和CeO2形成了MoxLa1-xO3和MoxCe1-xO2固溶体,也具有很好的储释氧能力,可以提高催化剂的活性和稳定性。固溶体中O2-次晶格的变形能提高晶格氧的迁移能力,而且由晶格氧迁移引起的还原也不仅仅局限于表面,也可以深入到体相。另外还发现CeO2在制备时的热处理过程中容易烧结,导致比表面积减小,从而大大降低了CeO2的储释氧能力。另外由于晶粒长大,降低了分散度,使得CeO2与NiO和MoO3与气相氧的交换能力降低。与Ni-Mo/SBA-15催化剂相比,添加了碱土金属氧化物,采用分步浸渍法制备的Ni-Mo/MgO(CaO)/SBA-15样品表现出较差的稳定性。碱土金属较强的碱性造成SBA-15表面变形以及孔道的破坏是催化剂失活的主要原因。12wt%Ni/SBA-15催化剂具有优异的高温活性和稳定性。在常压,反应温度800 ℃、CH4:CO2=1:1、空速1.2x104 ml gcat-1h-1的条件下,甲烷转化率最高达到97%,保持90%以上转化率达750 h；二氧化碳转化率最高达到97%,保持90%以上转化率达950 h。在反应进行1008 h后,反应产物的H2/CO比始终为0.9。