我国的煤层气储量非常丰富,排居世界第三,但利用率极低,特别是低浓度煤层气,大部分被直接排空,不仅造成资源的浪费,而且加剧了温室效应。而甲烷部分氧化反应(POM)是利用低浓度煤层气的有效途径之一,其合适的产物比(H₂/CO=2)也有利于后续化工产品的合成。POM反应除具有适合的H2/CO比外,还具有低能耗、高空速、反应器体积小、反应速率快等优点。其最具有工业前景的Ni基催化剂因催化活性高和价格低廉而受到研究者们的广泛关注,但其在高温环境下容易发生烧结和积碳而导致催化剂失活,为了解决上述问题,提高催化剂的抗烧结和抗积碳能力,增强催化剂的活性和寿命,本课题制备了有序介孔LaNiO₃钙钛矿催化剂、反蛋白石结构的三维有序大孔LaNiO₃催化剂、以三维有序大孔SiO₂为骨架的介孔LaNiO₃催化剂、常规柠檬酸法制备的LaNiO₃催化剂并将其用于POM反应进行催化性能测试,通过XRD、BET、SEM、TEM、TPR、TGA等表征手段对其物理化学性质进行测试,考察催化剂的颗粒尺寸和比表面积的大小、孔结构的特性、活性组分的分散程度以及反应工艺条件(反应温度、空速、反应时间)等因素对催化剂活性以及抗烧结、抗积碳性能的影响。其主要内容如下:1.通过纳米铸造法制备有序介孔LaNiO₃钙钛矿催化剂以SBA-15为硬模板通过改进的纳米铸造法制备出有序介孔LaNiO₃催化剂(m-ln),并与用常规柠檬酸法制备的lanio3催化剂(b-ln)作对比,实验结果表明:(1)改进的纳米铸造法在超声、真空和离心的协助下使更多的前驱体溶液进入到模板的孔道并减少在模板外表面上的残留,sba-15狭窄的孔道能够起到控制催化剂颗粒尺寸的作用,制备出的有序介孔lanio3催化剂的颗粒尺寸为5.9-6.7nm,远小于柠檬酸法(b-ln)制备的(50-200nm),在去除模板后,形成介孔结构能极大地提高催化剂的比表面积。(2)m-ln样品还原后的ni颗粒尺寸为9.3nm小于b-ln的17.9nm,且在反应前后基本没有太大变化,而b-ln在反应后的ni颗粒尺寸急剧增大。m-ln的tpr谱图显示其还原峰温度低于b-ln,且前者消耗的h2量大于后者。(3)对m-ln和b-ln催化剂进行pom催化性能测试,发现所有样品的催化活性都会随着温度的升高而增大,会随着空速的增大而略减小。在相同的反应条件下,m-ln比b-ln显示出了优异的催化性能和抗积碳性能,在800℃时m-ln的转化率达到96%,而b-ln为82%,结果归因于m-ln催化剂增大的比表面积、高的金属分散度以及较小的ni颗粒尺寸和有序的介孔结构。2.反蛋白石结构的三维有序大孔lanio3钙钛矿催化剂以300nm左右的pmma胶体晶体为模板制备出反蛋白石结构的lanio3催化剂,与常规催化剂做对比,结果发现:(1)在制备pmma微球时其直径会随着加入单体mma的量、引发剂k2s2o8的量增加而增大,会随着反应温度、保护气n2的流通速率的增加而减小(2)采用离心沉积法得到的胶体晶体质量要好于自然沉降法,300nm左右的pmma微球用3000r/min的离心速率获得的模板最平整,小球的排列最有序。(3)将lanio3前驱体溶液加入到制备好的胶体晶体模板的空隙间,经过焙烧得到孔径为140 nm左右的三维有序大孔钙钛矿催化剂,将其用于POM反应测试发现,其催化性能虽高于b-LN催化剂,但效果并不显著,这可能与该催化剂的孔径过大有关。3.以3DOM SiO₂为骨架制备介孔LaNiO₃催化剂以三维有序大孔结构的SiO₂为骨架,在其孔道中填入LaNiO₃钙钛矿材料,制备出介孔LaNiO₃催化剂(P-LN),实验结果表明:(1)制备出的P-LN催化剂的颗粒尺寸较小,分布较均匀,具有较小的介孔结构和大的比表面积,几乎没有团聚和烧结的现象出现。(2)P-LN催化剂与b-LN催化剂作对比,在相同反应条件下,P-LN的催化活性要大于b-LN催化剂,在800℃时P-LN的CH4转化率达到95%,比b-LN催化剂较高(82%),且前者的催化性能远强于后者。(3)将P-LN催化剂与第四章节的3-DOM LN催化剂的催化性能做对比,发现在相同的反应条件下,前者的催化活性要好于后者,在800℃时,P-LN的转化率达到95%,3-DOM LN催化剂的转化率为87%,这就意味着对3-DOM LN催化剂的改进能够起到提高催化性能的作用。