我国煤层气储量丰富,但利用率只占抽采量的1/3,大部分被直接放空,尤其是低浓度煤层气,不仅造成大量的资源浪费,而且还加重温室效应。充分利用低浓度煤层气中的CH4和O2并将其转化为合成气是低浓度煤层气的有效利用途径之一,实质上就是甲烷部分氧化制合成气反应(POM)。由于有序介孔氧化铝比表面积较大、孔道结构规则有序、热稳定性高等特性,负载过渡性金属的介孔氧化铝催化剂也成为研究热点并被应用于POM反应体系中。针对目前负载型催化剂出现的活性组分烧结和积碳问题,本文在前期工作的基础上比较不同制备方法制备的镍基氧化铝催化剂,从中优选出用溶胶凝胶法制备的整体式介孔NiO-Al2O3催化剂。以异丙醇铝作为铝源,聚合物F127为模板剂,HNO3为酸性调节剂,Ni(NO3)2为活性组分前驱体合成了介孔Al2O3、NiO-Al2O3催化剂用于POM反应制合成气。采用XRD、BET、TPR、TEM等表征方法,考察了活性组分Ni含量、煅烧温度等制备条件以及反应温度、还原温度等条件对催化性能的影响。经研究得出的主要结论有:1.不同制备方法对催化剂性能的影响分别采用溶胶凝胶法、浸渍法等方法制备四种不同催化剂,对其进行BET、XRD、TEM表征,在相同反应工艺条件下比较其催化活性。结果发现,四种催化剂催化效果差异很明显,在模板剂作用下利用溶胶凝胶法制备的催化剂催化活性最好,镍分散度高且比表面积较大,结构更有序,孔径分布均匀。2.催化剂制备条件对催化性能的影响整体式催化剂NiO-Al2O3的比表面积、孔容、孔径均随着Ni含量的增多而减小;当Ni含量达到30%时,可能导致NiO颗粒在Al2O3中分布不均,发生聚集导致颗粒增大。当反应温度小于600℃,空速为5.04×104 ml·g-1·h-1时,催化剂的CH4转化率、产物选择性均随着Ni负载量的增多而缓慢下降,说明Ni含量并不是越多越好,催化活性最好的是5%NiO-Al2O3催化剂。将5%NiO-Al2O3催化剂在不同温度(400℃-800℃)下煅烧,结果发现随着煅烧温度的增大,Ni与载体Al2O3之间的相互作用力逐渐增强;而催化剂比表面积和孔容均随着煅烧温度的增大而逐渐变小;当煅烧温度大于600℃后,催化剂活性有所降低,催化活性最好的为600℃焙烧的催化剂。3.反应工艺条件对催化剂性能的影响对反应工艺条件进行考察时发现温度对催化剂活性及产物分布影响很大。随着反应温度的上升,CH4转化率、H2和CO选择性均不断升高,750℃时CH4转化率达到97%,接近完全转化。在400℃-600℃的温度区间内,CH4转化率有明显提高;而在600℃-750℃温度区间,CH4转化率提高幅度则逐渐减小。温度对CO选择性影响较大,对H2选择性影响相对较小。对600℃焙烧的5%NiO-Al2O3催化剂在不同温度(600℃、700℃、800℃)下进行还原,在反应温度为600℃、空速为5.04×104ml·g-1·h-1进行活性评价,实验结果说明了还原温度对催化活性有明显的影响。当还原温度为600℃,催化剂即能被完全还原,催化活性最好,CH4转化率能达到将近90%,CO的选择性约为92%;当还原温度大于600℃,催化剂活性反而降低。4.催化剂稳定性测试对催化剂5%NiO-Al2O3经600℃焙烧、600℃还原,在反应温度为600℃、空速为5.04×104 ml·g-1·h-1条件下进行稳定性测试,结果发现经过96 h的反应催化剂展现出高效的催化活性和良好的稳定性,CH4转化率能达到89%和CO选择性可达到93%,远远超过热力学平衡值(600℃,55%,59%),H2选择性则保持在70%左右。TEM结果表明,经过长时间的反应后,活性组分镍粒子分散依然比较均匀,没有出现明显的聚合现象;催化剂孔道结构依然规则有序,证明该催化剂的优良的抗烧结能力和稳定性能。