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煤经合成气制天然气是洁净煤技术的重要途径之一,其中强放热的CO甲烷化反应（CO+3H2→CH4+H2O,ΔH298K=-206.1 kJ mol-1）是其关键。尽管多段串联绝热固定床反应器工艺已进行了工业化应用,但该工艺对催化剂提出了互为矛盾的要求,即:具有高的低温催化活性和优良的高温抗烧结性能,使得高性能CO甲烷化催化剂的开发极具挑战。在综合分析CO甲烷化工艺及Ni基催化剂相关研究报道的基础上,本论文围绕兼具高活性和抗烧结的高性能CO甲烷化镍-/有序介孔氧化铝（Order ed mesoporous alumina,OMA）催化剂（Ni-（/）OMA）的设计和制备,发展了NiOMA的可控制备方法,揭示了其催化CO甲烷化反应的构效关系;在此基础上,就调控Ni分散度的方法、引入第二金属Co作为共同催化剂等进行了系统研究,具体研究内容和主要结论如下:（1）采用α-氨基酸辅助溶剂蒸发诱导自组装法（Evaporation indu ced self-assembly,EISA）制备了高度长程有序的OMA。研究结果表明,α-氨基酸的种类、分子尺寸和加入量显著影响OMA的介孔有序度和织构性质。其中,加入pKa值较高的L-赖氨酸、L-精氨酸或L-组氨酸,不利于合成高度有序的O MA;对于所选其余α-氨基酸,当其与铝前驱体摩尔比介于0.075~0.15之间时,才能得到高度长程有序的OMA。随着α-氨基酸分子尺寸的增加,OMA的平均孔径减小,孔壁厚度增加。基于以上认识,分别在加入硝酸、盐酸及盐酸和α-氨基酸的3种酸性体系中,采用一步EISA法制备了Ni-OMA。CO甲烷化反应结果表明,在硝酸体系中制备的Ni-OMA具有较高的催化性能。关联催化剂表征和反应结果表明,Ni-OMA的催化活性和稳定性取决于OMA的长程有序度、Ni颗粒尺寸及其分布、Ni的分散度及其与氧化铝之间的相互作用。（2）将EISA法制备的OMA前驱体分别在60、90、120、150或180℃下预处理12 h,然后与一定量硝酸镍混合,进行固相研磨30 min,制备了NiO负载量为15 wt%的系列Ni/OMA-T（T为预处理温度）催化剂,并考察了其催化CO甲烷化反应的性能。结果表明,预处理温度显著影响OMA前驱体的孔道结构及模板剂P123和表面羟基的含量。随着预处理温度的增加,OMA前驱体的介孔结构有序度增加,比表面积和孔体积逐渐增大,而模板剂P123和表面羟基却逐渐减少。OMA前驱体的预处理温度显著影响Ni/OMA-T催化CO甲烷化的低温活性和高温稳定性。其中,最佳催化剂15Ni/OMA-120在300℃下表现出高的CO甲烷化催化活性,CH4的生成速率为89.2 mol kgcat-1 h-1,且在600℃和120000 mL g-1 L-1的高空速下反应150 h,没有明显失活,这主要归因于其高度有序的OMA结构、较高的Ni分散度和还原度及较强的金属与载体间的相互作用。（3）以“封装”金属Ni的Ni-OMA为载体,采用浸渍法引入不同含量的Co,制备了系列双金属Co/Ni-OMA催化剂,并考察了其催化CO甲烷化的反应性能和动力学行为。结果表明,通过调变的“游离”金属Co和“封装”金属Ni的比例可显著地调控Co/Ni-OMA的低温活性和高温稳定性。最佳催化剂8Co/15Ni-OMA在300℃下表现出高低温活性,CH4的生成速率为126 mol kgcat-1h-1,而在600℃和180000 mL g-1 h-1极高空速下反应200 h无明显失活。动力学结果表明,8Co/15Ni-OMA的表观活化能（100.2 kJ mol-1）明显低于15Ni-OM A（124.0 kJ mol-1）和15Co-OMA（131.8 kJ mol-1）。在排除传质传热影响的情况下,基于氢助CO解离和Langmuir-Hinshelwood机理,分别以氢助CO解离、表面碳物种（C*）和表面CH3*物种的加氢为速控步骤建立了三种微观动力学模型。15Ni-OMA和8Co/15Ni-OMA的动力学行为与上述三种动力学模型均吻合良好。然而,15Co/OMA的动力学行为仅与分别以表面碳物种（C*）和CH3*物种的加氢为速控步骤建立的两个动力学模型吻合良好,而与以氢助CO解离为速控步骤的动力学模型并不吻合,表明其氢助CO解离的速率高于表面碳物种的逐步加氢的速率。结合催化剂表征结果和动力学研究可以推断,OMA框架内“封装”的Ni物种是催化CO甲烷化反应的主要活性中心,而后浸渍的Co物种对氢助CO解离起促进作用。因此,优化后的8Co/15Ni-OMA具有最佳低温活性。（4）在保持催化剂中NiO总含量为15 wt%的条件下,从优化“游离”和“封装”金属Ni的角度出发,制备了一系列Ni/Ni-OMA催化剂,并在不同条件下考察了其催化CO甲烷化反应的性能。结果表明,在浸渍NiO的含量高达12wt%时,Ni/Ni-OMA依然具有规整的有序介孔结构。Ni/Ni-OMA中“封装”和“游离”金属Ni的比例显著影响其催化CO甲烷化的活性和稳定性。其中,最佳催化剂NiO（2 wt%）/NiO（13 wt%）-OMA在300℃下CH4的生成速率为94.5 mol kgcat-1h-1,且在600℃和120000 mL g-1 L-1条件下反应400 h无明显失活。