由于CH4和CO2等温室气体排放量逐年增加,导致全球气温不断升高。合理利用和转化温室气体是缓解当前环境和能源危机的重要举措之一。CH4/CO2重整制备合成气具有广阔的应用前景,高效催化剂的加入是解决CH4/CO2重整反应高能耗最有效的方法。传统溶液浸渍法易导致金属活性组分颗粒团聚,进而加重催化剂积碳降低其活性,研究表明纳米级金属活性组分可有效防止积碳。固相合成作为一种高效、便捷的绿色合成方法,可实现纳米级活性金属催化剂的制备。因此,本文开展活性炭负载金属催化剂优化固相合成与催化CH4/CO2反应性能研究工作,主要内容与结论如下:(1)采用固相合成将镍负载至活性炭、二硫化钼和氮化碳,研究载体性质、浸渍溶液浓度和固相研磨时间对金属粒径与分布状况的影响规律,确定最佳载体类型和制备参数。利用固定床反应装置,优选最优催化剂,对重整反应规律、产物分布和积碳特性进行研究。实验证实丰富的孔隙结构是金属均匀负载的因素之一,并确定最优工况为:活性炭与聚乙烯吡咯烷酮浸泡质量比为6:1,混合研磨时间15 min,制备的催化剂表面活性金属分布均匀且平均粒径最小为4.69 nm。催化性能结果表明,催化剂在重整实验中具有良好的催化性能和抗积炭效果。在900℃、9 h的催化重整实验中,气体转化率以2 h为拐点,呈现先下降后上升趋势。表征结果显示,气体转化率升高的原因是由于高温还原氛围下催化剂内部结构趋于稳定并发生转变。(2)在最优制备工况下,以不同性质活性炭为载体固相制备负载镍催化剂,研究活性炭比表面积和孔结构对金属粒径、分散性质和催化剂表面官能团等微观特性的影响,测定不同活性炭负载镍催化剂对重整反应的催化性能,揭示载体性质对催化剂性能的影响规律,得到以下结论:实验发现活性金属粒径、分散状况以及催化活性整体实现统一性,随着比表面积和孔结构的减小而减小,其中比表面积最大的椰壳活性炭制备的催化剂金属粒径最小为4.11 nm,催化活性最高;而煤质活性炭比表面积最小以及含有高组分的挥发分,易导致活性金属团聚从而使催化活性一直降低。(3)选择椰壳活性炭为载体,固相合成镍钴双活性组分催化剂,探讨金属双组分质量比对金属尺寸和分布的影响规律,研究不同类型催化剂作用下重整反应特性,明确催化剂性能与双金属组分质量比的量化关系,揭示不同催化剂活性变化规律,初步归纳活性炭负载不同金属催化剂催化活性机理,通过研究得到如下结论:催化剂制备过程中随金属元素钴含量的增加,催化剂表面形成的金属粒径逐渐增大,镍钴元素比1:2时平均粒径最大为6.76 nm,不同的金属配比对金属分布影响较弱。通过研究不同催化剂活性规律,发现催化剂镍钴元素质量比为1:2时,其催化性能最优;当镍钴配比为2:1和1:1时,CH4转化率比单金属催化剂低10%左右,但金属配比为1:1时CO2转化率较高,通过对重整反应机理的初步归纳,认为是由于不同金属组分对内部促进机理不同,从而导致不同金属组分气体转化率不同。通过本文研究,建立活性炭负载金属催化剂固相合成的优化方法,揭示活性炭负载金属催化剂对CH4/CO2重整反应的催化活性,探明活性炭负载金属催化剂下的积碳特性,为CH4和CO2温室气体的高效减排和资源利用提供理论依据。