煤层气是与煤炭伴生的非常规天然气,是一种能量密度高、污染物排放少的低碳资源,其主要成分是甲烷。在能源匮乏、环境污染严重和全球变暖加剧的国际形势下,煤层甲烷的利用将会产生巨大的经济效益、良好的环保效应和可持续发展的生态效益。甲烷部分氧化(POM)制合成气过程具有反应能耗小、反应条件温和及产物的氢碳比适于合成下游产品等优点,因而被广泛研究。但在POM反应过程中,催化剂烧结和积碳导致催化剂快速失活。针对该问题,本文制备了一系列的ZSM-5分子筛封装Pt基催化剂和负载型催化剂,通过XRD、TEM、ICP-OES、H₂-TPR、FT-IR、XPS和TG等表征方法重点考察了不同气氛和Al含量对催化剂中Pt的分散性和稳定性的影响。并将所制备的不同催化剂应用于POM反应对其催化活性和抗积碳性能进行评估。主要内容如下:1.采用原位水热合成法和等体积浸渍法制备了Pt@ZSM-5和Pt/ZSM-5催化剂。在氢气400℃和氧气500℃的预处理条件下对Pt/ZSM-5和Pt@ZSM-5催化剂中Pt的再分散进行研究。TEM和H₂-TPD等表征手段及实验结果表明:在氢气400℃预处理后两种催化剂中Pt发生团聚;氧气500℃再处理后,奥斯特瓦尔德熟化现象导致Pt/ZSM-5催化剂中Pt团聚,而Pt@ZSM-5中Pt实现分散。XPS、H₂-TPR和FT-IR等表征进一步说明实现再分散的原因是两类催化剂中Pt所处的环境不同导致。其中Pt/ZSM-5催化剂中的Pt负载在分子筛表面,不具备孔道的限域效应,而且与载体间的相互作用弱,因此在不同气氛高温处理后金属团聚;相反,Pt@ZSM-5催化剂中的Pt限制在分子筛孔道内,并与载体内的-(-O-Si≡)_y巢基团相结合,产生较强的相互作用,最终在氧气500℃条件下实现了再分散。2.采用原位水热合成法制备一系列不同铝含量的ZSM-5封装Pt催化剂,将所制备的催化剂用于POM反应,考察不同n(Al)/n(Pt)比对催化剂中Pt的分散性和稳定性的影响。HRTEM和H₂-TPD证明了不同n(Al)/n(Pt)的催化剂中Pt粒径尺寸相似,说明Al的引入量对Pt的分散度几乎没有影响;H₂-TPR和XPS表征表明n(Al)/n(Pt)=5的Pt@ZSM-5(5)催化剂具有更强的金属载体间作用力,POM实验结果表明高稳定的Pt物种在反应中表现出优异的催化性能,80 h反应后仍能保持较高的CH₄转化率和产物选择性。而Pt@ZSM-5(0)和Pt@ZSM-5(10)催化剂中Pt的稳定性下降并导致POM反应性能降低。