实现CH4与CO2共活化转化是当今催化领域最具挑战性的课题之一。这一过程为天然气的优化利用，减少最大温室气体的排放，具有非常重要的意义。CH4-CO2在温和条件下直接合成乙酸及其它含氧化合物是近年来本课题组一直致力研究的课题，目前己取得较大进展。 本课题组依据CH4低温活化以及CO2插入碳.金属键的实验事实，提出不经过合成气和甲醇羰基化过程，直接由CH4和CO2合成乙酸工艺。其过程是一种两步反应过程:两步反应方法的第一步是利用CH4对某些金属的亲和性使之在金属表面解离吸附，其热力学上的动力在于CH4解离的同时伴随着H2的不断释放.第二步是CO2的插入.由于H2的释放，使生成的表面物种是缺氢的，故在第二步补氢是必要的这也是总反应热力学限制能够被克服的关键所在。要实现CH4-CO2反应的高效转化，必须解决CH4的低温活化问题，重点是在多相催化剂上，如何控制CH4脱氢，以生成最适宜转化的表面碳氢物种；如何增加CH4在催化剂表面活化数量；如何从表面活化物种中获得相当数量的产物，这些问题的解决是CH4温和转化及其与CO2两步阶梯反应直接合成乙酸的研究课题的重点，本课题组通过对大量过渡金属的筛选和评价，发现Co-Pd/TiO2催化剂体系在该反应过程中的平均活性最高，同时如果在反应体系中引入水蒸气可提高乙酸的收率和选择性，提高乙酸生成的稳定性，在CH4活化阶段加入少量H2可抑制CH4过度活化，提高乙酸收率，所以确定最佳的进料方式是CH4+H2+H2O/CO2+H2+H2O。 目前实验所用的设备装置采用单反应器，CH4+H2+H2O/CO2+H2+H2O切换进入反应器中进行反应，该反应装置适用于催化剂的筛选和评价，但是在实际中应用它存在弊端，即第一步反应物:CH4+H2+H2O和第二步反应物:CO2+H2+H2O都是间歇性的进入反应器中进行反应，这样单位时间内进行反应的反应物的物质的量少，产物的时空收率低，不利于工业化。在确定了催化剂为CoPd/TiO2，本研究小组对原反应装置进行了改进，采用双反应器，在双反应器进口端前和出口端后分别加电磁换向阀，然后利用时间继电器(PLC)对上述电磁阀进行开关控制，两组电磁阀同时动作。 新型双反应器装置的有益效果就是反应物可以连续不断地通入反应器中进行反应，相当于有效的增加了反应面积，提高了产物的时空收率。本课题组应用该方案在实验室搭建了微型反应装置，对反应工艺条件进行了研究，利用XPS,XRD,BET表征手段对溶胶凝胶法和浸渍法两种不同制法催化剂进行了分析测试，通过研究得出以下结论: 1.在线分析时反应尾气的组成随时间有一变化规律，通过实验发现在电磁阀开始切换30s时取样产物组成较稳定且可基本代表每一切换周期内平均水平的1/2。 2.在新工艺装置上当采用200s固定周期切换电磁阀时，乙酸和乙醇的成速率最高，并且都有较好的选择性。 3.通过实验确定工艺条件:(1)流速:甲烷:50ml/min，二氧化碳:50ml/min，甲烷混氢:5ml/min，二氧化碳混氢:20ml/min，甲烷混水:0.2 ml/min，二氧化碳混水:0.1ml/min。(2)温度:150℃。(3)压力:2.0MP。 4.通过实验发现利用新工艺后产物收率提高了5倍。 5.对不同的进料方式进行了实验，该结果对乙醇生成主要机理，即CH4活化为CHx后形成乙烯，然后乙烯水和为乙醇，和乙酸生成机理，即CH4活化为CHx，然后CO2插入进行了很好的证明；对于乙酸生成来说，CO2插入表面CHx物种反应在低温下是有利的，CH4的活化是在高温下有利的，但是在本反应体系CH4主要是靠催化活化，所以也是在低温下有利。CH4或CO2侧混水效果都要好于在H2侧混水，说明适量的水对CH4和CO2有活化作用。CH4、H2、H2O反应体系更易于产生含氧有机物的活性前躯体CHx物种。 6.通过对不同制法催化剂的表征发现溶胶凝胶法制催化剂比表面积和表面Pd含量均大于浸渍法志催化剂，Pd与CoO是反应的活性组分，催化剂表面含氧有机物增多和催化剂比表面积减小，微孔及中孔向大孔转变是催化剂失活的主要因素。