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随着大气中CO2排放量的剧增,由此带来的全球气候变暖等问题对人类的活动和生存环境造成了严重影响。将CO2作为碳源进行资源化循环利用,成为了各科学家重点研究利用CO2的热点。CO2加氢甲烷化反应生成的产物甲烷是一种十分重要的工业燃料和化工原料,因此从长远看,将CO2转化为甲烷,变害为利对环境和能源都有一定的战略意义。目前,非贵金属Ni在CO2甲烷化反应中具有较好的活性和选择性,且成本低廉而具有广泛的研究应用。但由于甲烷化反应是强放热反应,传统的Ni基催化剂容易烧结失活。本文旨在设计和合成Ni基分子筛催化剂,提高催化剂活性组分Ni的分散度和加强活性组分Ni和载体之间的相互作用,以期提高催化剂的低温活性和抗烧结性。为此,本文以高比表面积的介孔分子筛MCM-41为载体,采用浸渍法、溶胶凝胶法、水热合成法、沉淀沉积法等方法,合成了Ni基分子筛催化剂,采用XRD、低温液氮吸附脱附（BET）、H2-TPR、CO2-TPD、FT-IR表征技术,对催化剂的结构和物化性质进行了表征。具体研究内容如下:（1）优化Ni/MCM-41分子筛催化剂的制备工艺条件和反应工艺参数。首先对制备条件Ni负载量、焙烧温度进行优化,催化性能评价结果表明,最佳Ni的负载量为10%,焙烧温度为500℃;XRD表征结果表明,焙烧温度和Ni含量对催化剂活性组分Ni的晶粒尺寸和分散度有很大的影响;BET表征结果表明Ni/MCM-41分子筛催化剂仍保持介孔特征。随后,优化了反应条件:还原温度和空速,催化性能评价结果表明,最佳的还原温度为500℃,空速为15000ml（g.h）-1。适中的还原温度和空速更有利于活性Ni的还原和反应的进行。优化后的最优工艺条件是:Ni含量10%,焙烧温度500℃,还原温度500℃,空速15000ml（g.h）-1。（2）助剂添加对10%Ni/MCM-41催化剂催化性能的影响。添加助剂Mn、Co、La、Ce、Fe、Zr到10%Ni/MCM-41催化剂中,催化性能评价结果表明,助剂Mn和Co的加入没有提高催化剂活性,助剂Fe、Ce、La、Zr的加入都提高了催化剂的催化活性。优化后助剂Fe、Ce、La、Zr的最优添加量分别为1%、4%、1%、3%,在反应温度300℃下,10%Ni-1%Fe/MCM-41、10%Ni-4%Ce/MCM-41、10%Ni-1%La/MCM-41和10%Ni-3%Zr/MCM-41催化剂相对于10%Ni/MCM-41催化剂的CO2转化率分别提高了25.45%、24.5%、21.49%、22.77%。XRD表征结果表明加入的有效助剂在催化剂中具有良好的分散度;SEM表征结果表明有效助剂的加入能增强Ni的分散能力,降低Ni的颗粒尺寸;BET表征结果表明加入有效助剂后,催化剂介孔结构没有发生变化,助剂有利于增加催化剂的比表面积、孔容和孔径,提高Ni的分散度;H2-TPR表征结果表明引入助剂Ce和La可以促进Ni还原性能,引入助剂Fe和Zr能增强催化剂间的相互作用力。最优催化剂为10%Ni-4%Ce/MCM-41催化剂。随后,对Zr助剂进行了深入研究,发现Zr种类对催化剂的催化性能影响显著,影响顺序如下:硝酸氧Zr>氧氯化Zr>硝酸Zr。（3）不同合成方法对10%Ni-4%Ce/MCM-41催化剂的影响。首先,比较了不同浸渍顺序对该催化剂的影响,催化性能结果表明共浸渍法比分步浸渍法表现出更好的催化活性,在反应温度450℃下,共浸渍制备的10%Ni-4%Ce/MCM-41催化剂CO2转化率达到了72.4%。随后,采用沉淀沉积法、水热合成法和溶胶凝胶法对该催化剂的制备方法进行了探究,发现溶胶凝胶法制得的催化剂表现出最优的低温催化活性。在400℃时10%Ni-4%Ce/MCM-41（溶胶凝胶法）的CO2转化率达到83.36%,比10%Ni-4%Ce/MCM-41（共浸渍）催化剂CO2最高转化率温度降低了50℃,在反应温度为300℃时,该催化剂相对于10%Ni-4%Ce/MCM-41（共浸渍法）提高了32.69%,甲烷的选择性为99.93%。随后,在溶胶凝胶的基础上,再采用超声波和微波增强处理制备催化剂,10%Ni-4%Ce/MCM-41（溶胶凝胶法）催化剂的低温活性增强,在反应温度为250℃时,采用超声波处理后的催化剂10%Ni-4%Ce/MCM-41（超声溶胶凝胶法）的CO2转化率提高了11.19%,微波处理催化剂10%Ni-4%Ce/MCM-41（微波溶胶凝胶法）的CO2转化率提高8.33%。XRD表征结果表明溶胶凝胶法制备的催化剂中的NiO呈无定型状态,Ni的分散度提高,超声波和微波处理后催化剂的分散度进一步提高;BET表征结果表明,采用溶胶凝胶法制备的10%Ni-4%Ce/MCM-41催化剂结构仍未发生改变,且催化剂比表面积增大,超声波和微波处理后,催化剂比表面积进一步增大;H2-TPR表征结果表明采用溶胶凝胶法有利于提高10%Ni-4%Ce/MCM-41催化剂间的相互作用力。用超声波和微波对10%Ni-4%Ce/MCM-41催化剂处理后催化剂间相互作用力进一步增强。（4）表面改性对10%Ni/MCM-41催化剂催化性能的影响。添加了丙三醇（Gly）和β-环糊精（CD）对催化剂进行表面改性,催化性能结果表明丙三醇和β-环糊精的添加能够提高催化剂的低温活性。丙三醇的最优添加量为Gly/Ni=1/1（摩尔比）,β-环糊精（CD）的最优添加量为Ni/CD=1/30（摩尔比）。在反应温度350℃时10%Ni/MCM-41-Gly（1/1）和10%Ni/MCM-41-CD（1/30）催化剂的CO2转化率分别为82.19%,89.36%,CH4选择性分别95.86%、93.93%,与10%Ni/MCM-41催化剂的最高转化率（69.3%）温度相比,降低了100℃。XRD表征结果表明加入丙三醇和β-环糊精后催化剂活性组分NiO进入了催化剂的孔道结构,呈无定型状态;SEM表征结果表明加入丙三醇和β-环糊精后Ni的分散度提高,Ni的颗粒尺寸降低;BET表征结果表明加入丙三醇和β-环糊精后催化剂的介孔结构特征依然保持;H2-TPR表征表明,表面改性后的催化剂间的相互作用力增强,这有利于提高催化剂的抗烧结性,使得还原后的Ni具有更小的颗粒尺寸;CO2-TPD表征结果表明,丙三醇的加入,有利于提高催化剂的弱碱性位和强碱性位。而β-环糊精的加入能够改善催化剂表面酸碱性,增强催化剂的中强碱性位,提高CO2的吸附能力,促进反应的进行。（5）钙钛矿型LaNiO3/MCM-41催化剂对催化性能的影响。采用柠檬酸络合法制备了钙钛矿型LaNiO3/MCM-41催化剂,该催化剂表现出良好的低温活性。掺杂Ce后,催化剂的低温活性进一步提高。在La/Ce=0.3/0.7（摩尔比）时,催化剂表现出最优的催化活性。在反应温度400℃时,La0.3Ce0.7NiO3/MCM-41催化剂的CO2转化率为81.01%,甲烷选择性为97.6%。在300℃时,La0.3Ce0.7NiO3/MCM-41催化剂相对于10%Ni/MCM-41催化剂的催化活性提高了56.74%。XRD表征结果表明钙钛矿结构的催化剂中的金属组分有很好的分散性;SEM表征结果表明,钙钛矿型的催化剂的活性组分有很好的分散性和较小的颗粒尺寸;BET表征结果表明钙钛矿结构的催化剂的比表面积和孔容大大降低,但催化剂孔径增加,当掺杂Ce后催化剂比表面积增大,孔径减小;H2-TPR表征表明,钙钛矿型结构有利于增强催化剂活性组分-助剂-载体之间的相互作用力,进而提高催化剂的分散度,降低Ni的颗粒尺寸,提高催化剂的低温活性,加入Ce后,催化剂更容易被还原。