为解决温室气体（CH₄、CO₂）浓度上升引起的全球变暖问题,CH₄和CO₂的去除、处理和化学利用已成为研究的重点。甲烷二氧化碳重整（CDRM）不仅能够将这两种主要的温室气体转化为具有工业价值的合成气（H₂/CO≈1）,且该合成气可用于长链烃或含氧化合物的合成。Ni基催化剂由于其低的经济成本和高的活性被认为是最有工业化前景的催化剂。但在苛刻的重整条件下,Ni基催化剂容易因烧结和积碳而失活。因此,开发出一种高稳定抗积碳的Ni催化剂是本文的主要的研究目标。在甲烷二氧化碳重整过程中,CH₄分子在金属活性位上吸附活化之后解离为CHx物种,其反应机理的决定了积碳是不可避免的,因此想要完全阻止积碳的生成是不可能;因此,减少积碳的生成的关键是控制C的消除速率要大于C的生成速率。然而大量研究都围绕如何阻止催化剂表面积碳的生成,忽视了积碳生成的不可避免性这一反应特征。本文在前期研究的成果的基础上,提出“堵疏结合”的催化剂设计理念;所谓“堵”就是通过各种方式和手段如制备小的Ni颗粒、使用碱性助剂或载体的方法来尽量的减少积碳的生成。所谓“疏”指的是在催化剂中引入一些反应将催化剂表面生成的积碳转化掉。围绕第一个角度“堵“,从这个角度出发,结合MgAl₂O₄尖晶石（低的酸性、好的热稳定性和良好的化学惰性）和NiO-MgO固溶体（强的CO₂吸附能力和活性组分形成的固溶体）的优点,设计了结构上抗积碳的Ni/MgAl₂O₄-MgO催化剂。围绕第二个角度“疏”,课题组在前期研究中发现MoO₃的加入能和催化剂表面生成的积碳生成Mo₂C,而Mo₂C可以和原料气中的CO₂分子发生反应生成MoO₂。此外,最近的研究中初步证明了在900°C以上CeO₂能与积碳反应的可行性;而将Zr⁴⁺掺入CeO₂晶格中会形成固溶体,这可以提高CeO₂的储氧能力、氧化还原性能和热稳定性。因此在MgAl₂O₄-MgO中加入了Ce、Zr和Mo作为助剂,来通过Mo和Ce与积碳以及原料气中CO₂的反应来将生成的积碳转化掉,来达到“疏”的目的。基于上述催化剂设计理念,本论文以Mo,Ce和Zr改性的Ni-Mg-Al类水滑石为前驱体,首次制备Ni/MoCeZr/MgAl₂O₄-MgO催化剂。并利用XRD、H₂-TPR、N₂物理吸附、CO₂-TPD-MS、CO化学吸附、O₂-TPO-MS和TEM等手段,分析了催化剂的结构和催化性能之间的关系。研究了焙烧温度、助剂Ce,Zr的含量、沉淀pH值、Ni负载量等因素对催化性能的影响。并将该催化剂放大成型后,用于焦炉煤气和气化煤气双气头重整制合成气的中试实验中。具体的研究内容和结论如下:（1）通过在不同焙烧温度（700、800和900°C）下焙烧通过共沉淀法制备的Ce、Zr和Mo改性的NiMgAl水滑石类前驱体,成功合成了Ni/MoCeZr/MgAl₂O₄-MgO催化剂。活性测试结果表明该系列催化剂的催化性能取决于焙烧温度。与700和900°C焙烧的催化剂相比,800°C焙烧制备的催化剂表现出最佳的催化活性和稳定性,其CH₄转化率保持在95%以上长达658 h,其平均积碳速率仅为0.015 mg_C·g^-1_cat·h^-1。积碳分析表明,所有催化剂产生的较少的积碳,表明解决困扰研究人员多年的沉积问题是可能的。结果表明,小的Ni纳米粒子（<9 nm）,强的碱性和强的金属与载体相互作用力以及高的反应温度可能是其高稳定和无积碳的原因。（2）对Ni/MoCeZr/MgAl₂O₄-MgO催化剂中Ce/Zr的比例进行了研究,结果表明,Ni/MoCeZr/MgAl₂O₄-MgO催化剂的催化性能与Ce/Zr的比例有关,当Ce/Zr=4时催化剂的催化性能最佳。且Ce,Zr和Mo的同时存在是催化剂具有最佳稳定性的必要条件。表征结果表明,Ce的添加更有利于提高活性Ni的分散度和石墨碳的消除;而Zr的添加更有利于提高催化剂的比表面积,促进Ni的还原;Ce,Zr和Mo的共存提高了Ni/MgAl₂O₄-MgO催化剂的稳定性,因为Mo,Ce和Zr共存时有利于催化剂CO₂的吸附和积碳的消除。（3）对Ni/MoCeZr/MgAl₂O₄-MgO催化剂中对Ce_0.8Zr_0.2O₂的添加量进行了研究,结果表明,Ni/MoCeZr/MgAl₂O₄-MgO催化剂的催化性能与Ce_0.8Zr_0.2O含量有关,而Ce_0.8Zr_0.2O₂负载量为1wt.%时催化剂的催化性能最佳。表征结果表明过多的Ce_0.8Zr_0.2O₂破坏了催化剂的沉淀过程,降低催化剂前驱体的稳定性,进而削弱了金属与载体间的作用力并降低催化剂Ni的分散度,从而导致催化剂的催化活性降低。（4）对Ni/MoCeZr/MgAl₂O₄-MgO催化剂制备过程中的沉淀pH值进行了考察。结果表明当pH为9.15和9.5时制备的催化剂活性和稳定较好。此外,经过658和432 h的CDRM反应后,这些催化剂上的积碳较少,这与小的Ni晶粒尺寸以及较强的金属与载体之间的相互作用力有关。（5）采用六次甲基四胺辅助水热法,通过调节n（HMT）/N（NO₃^-）的摩尔比,成功制备出Ce、Zr和Mo改性的NiMgAl-水滑石类前驱体。结果表明,当n（HMT）/n（NO₃^-）为1时制备的催化剂的性能最佳,当GHSV为60,000mL·g^-1_cat·h^-1时,甲烷转化率在95%左右连续波动610 h。然后,在最佳配比下制备了一系列不同Ni含量（3、4.8、6、9和12%）的催化剂;研究结果表明6%的Ni负载量的催化剂的催化性能最佳;较多的活性位点数、高的分散度（14.9%）、小的Ni晶粒尺寸（5.4 nm）,相对较少的积碳量和烧结程度是其催化活性较好的原因。此外,分析结果表明催化剂的烧结和积碳与催化剂的金属与载体作用力呈现负相关,即金属与载体作用力越强的催化剂越不容易容易发生烧结和积碳。积碳的种类与Ni含量有关,当Ni含量≤9%时,催化剂表面生成的积碳主要类型为石墨碳,当Ni含量为12%时,催化剂表面生成了碳纳米管（CNFs）。（6）将压片成型后的圆柱状Ni/MoCeZr/MgAl₂O₄-MgO催化剂用于焦炉煤气和气化煤气重整中试实验中。结果表明该催化剂在双气头重整实验中,甲烷的转化率能够维持90%以上80 h,达到了项目中所要求的性能指标。此外,该催化剂具有一定的再生能力,中试反应后的催化剂经过烧碳再生后,在900oC,GHSV=30,000 mL·g^-1_cat·h^-1,其甲烷转化率仍能维持在94%以上260 h。