煤层气是一种与煤伴生的非常规天然气。煤层气是煤矿重特大事故的主要灾害源,并且煤层气的抽放排空会对大气环境严重破坏,造成温室效应。甲烷部分氧化制合成气(POM)具有反应耗能相对较低,反应条件温和的优点,其合适的H₂/CO有利于制甲醇和费托合成等。该反应的活性金属可分为过渡金属(Ni、Co等)和贵金属(Rh、Ru、Ir、Pt、Pd等)两种,过渡金属催化剂存在易积碳、易烧结、寿命短的问题;而贵金属催化剂的制备成本高。针对以上问题,本文制备了Ni@ZSM-5和Pt@ZSM-5金属封装催化剂,将其应用于POM反应性能研究,并通过TEM、CO-DRIFTS、FT-IR等手段对其物化性质进行了表征。考察了金属颗粒的大小和Pt在分子筛中存在形式对反应性能的影响。主要研究内容如下:1.以N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷(TPE)为配体在水热条件下原位合成了Ni@ZSM-5催化剂和Ni-Pt@ZSM-5催化剂,通过分子筛的孔道限域作用来抑制金属烧结和积碳。研究结果表明:在水热晶化过程中比较了改变晶化时间得到不同尺寸和产率的催化剂。(1)经过在170℃下水热72小时后形成的ZSM-5沸石颗粒较大(400~500nm)。(2)在120℃晶化72小时后ZSM-5沸石颗粒较小(100~200nm),但是产率较低(58%)。(3)使用两段晶化法(100℃下48小时,170℃下24小时)有效控制了分子筛的大小(100~200nm)和产率(>90%)。与传统浸渍法制备的Ni/ZSM-5相比,Ni@ZSM-5催化剂具有更高的活性和抗积碳、抗烧结能力,金属Ni在分子筛中分散更均匀,分子筛的限制作用使得金属颗粒有更多的活性位点。对于参杂了少量Pt的Ni-Pt@ZSM-5催化剂,氧气处理并未带来更好的POM活性。2.在水热条件下成功合成了Pt@S-1和Pt@ZSM-5。实验结果表明:经过氢气和氧气预处理后Pt@S-1催化剂均在40小时高温反应条件下表现出稳定的转化率和选择性,经过氢气处理后的催化剂具有略高的催化性能。然而,对于Pt@ZSM-5而言,氧气预处理后产物选择性远高于氢气预处理后的催化剂。通过TEM表征观察到经过高温氧气预处理后,Pt@ZSM-5中Pt的分散度明显提高,通过改变氧气处理温度后发现,处理温度在350 ℃~550 ℃之间时Pt颗粒具有最佳的分散度,通过球差电镜可观察到原子分散的Pt颗粒。在氧气中处理的Pt@ZSM-5催化剂比在氢气中处理后具有更优异的POM活性,这是因为氧气处理后的Pt颗粒更小,催化剂中有更多地活性位点。