近年来,随着非常规天然气资源的开发和利用,全球范围内天然气的储量大幅增加,如何实现天然气的高效利用成为学术界和工业界广泛关注的研究重点。甲烷作为天然气的主要成分,通过催化反应可以将甲烷转化为液体燃料和基础化学品。甲烷转化主要有间接转化和直接转化两种方式。其中,甲烷的直接转化技术符合绿色化学的发展要求,能有效提高甲烷的原子利用率,且能耗相对较低,因而具有重要的研究意义。本论文通过合成制备一系列用于甲烷低温转化反应的催化剂,使其在常压和500℃～600℃温度范围内能够实现甲烷高效转化为高附加值化学产物,并通过改变反应条件来优化催化剂的反应性能。通过过量浸渍法在载体Fe2O3上负载易活化甲烷的活性金属,然后将其与芳构化性能优良的Mo/HZSM-5分子筛催化剂按一定比例进行机械混合,应用到甲烷低温转化反应中。首先,探究了Pt/Fe2O3+Mo/HZSM-5混合催化剂对甲烷低温转化反应的催化性能的影响。通过调节活性金属在载体上的负载量、两种催化剂的混合比例、还原气气氛等条件来优化催化剂的反应性能。实验结果表明,在氢气气氛还原下,Pt负载量和Mo负载量分别为3 wt.%和6 wt.%时,按1:5的质量比进行机械混合的3Pt/Fe2O3-6Mo/HZSM-5催化剂的催化性能较好。反应结束时甲烷的转化率为2.35%,其生成的芳烃产物的总选择性高达83%,苯的选择性为61%。在原料气中添加助剂后,可以减缓甲烷转化率的下降趋势,延长催化剂的使用寿命。随后,探究了Pd/Fe2O3催化剂与Mo/HZSM-5分子筛催化剂机械混合后制得的催化剂对甲烷低温转化反应的催化性能。通过调节Pd的负载量、改变催化剂的还原时间来优化催化剂性能。研究结果表明,Pd负载量为1 wt.%、按1:5的质量比进行机械混合的1Pd/Fe2O3-6Mo/HZSM-5催化剂对芳烃产物的选择性较高,在还原时长为1h时,对产物苯的选择性最高,可达64%,在还原时长为3 h时,对产物C10的选择性最高,为67%。最后,考察了Ni/Fe2O3催化剂与Mo/HZSM-5分子筛催化剂机械混合后制得的催化剂在甲烷低温转化反应的催化性能,通过改变两种催化剂的机械混合比例,调节反应过程中的空速、还原气气氛来优化其对该反应的性能。实验结果表明,按1:5的质量比进行机械混合5Ni/Fe2O3-6Mo/HZSM-5催化剂,在氢气气氛还原、反应空速为15000 ml/(gcat·h)时,其催化性能最佳,反应结束后甲烷转化率为1.5%,生成的芳烃产物的选择性为79%,其中苯的选择性为70%。