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磷酸铝分子筛（AlPO4-5）及其杂原子取代衍生物是一类重要的分子筛材料;磷酸铝分子筛具有中性、弱亲水性的骨架结构，金属或者非金属杂原子的引入，可使骨架具有酸性和氧化还原性等特性，在烷烃和醇的选择氧化等催化反应中备受关注。深入研究磷酸铝分子筛合成过程及杂原子在分子筛晶化过程中的迁移规律，是改进和提高其催化性能的关键。为此，本论文工作设计制造了一套可使用同步辐射光源对分子筛晶化过程进行原位表征研究的实验装置;使用该装置系统地研究了不同取代金属、不同取代量等对AlPO4-5分子筛的晶化过程及产品结构的影响;在此基础上，以MeAPO-5(Me=Co，Mn，Cr)作催化剂，对微通道反应器中环己烷的氧化反应进行了初步研究。论文的主要内容和结果包括: (1)设计搭建了一套可使用同步辐射光源对分子筛晶化过程进行原位XAFS和XRD等表征研究的实验装置。该装置可以在透射模式或者荧光模式下，室温至500℃、常压至6MPa条件下，对不同相态、不同酸碱度样品的制备过程开展研究;通过调节样品池厚度可以控制光程。使用这套装置研究了AlPO4-5分子筛的晶化过程，验证了装置的适用性及数据可靠性。 (2)使用SEM、UV-vis、TG/DTG/DTA、ESR、XRD和XAFS等表征技术，系统地研究了CrAPO-5分子筛的晶化过程。结果表明，CrAPO-5晶化直接得到AFI纯相结构，晶化过程中没有中间体相的出现。凝胶中Cr3+的引入，抑制了AlPO4-5分子筛的晶化;晶化温度越低，金属含量越高，抑制作用越强。CrAPO-5的晶化反应速率常数k、晶体成核表观活化能Ea,n和晶体生长表观活化能Ea,c与金属含量之间均存在着一定的线性相关性。CrAPO-5晶化反应级数n值接近于1.0，遵循和AlPO4-5分子筛类似的一维晶化机理;Cr3+的引入，对AlPO4-5的晶胞结构参数产生了较大影响，引起了晶胞的膨胀和晶粒尺寸的增大。晶化过程中，Cr3+不参与骨架的形成，不能进入分子筛骨架，但与骨架P5+始终存在一定的相互作用，部分陷入骨架，且存在状态不是单一的。 (3)使用原位XRD和XAFS技术研究了不同金属取代的MeAPO-5(Me=Co，Mn，Cr,Fe)分子筛的晶化过程。结果发现，不同金属掺杂的MeAPO-5分子筛的晶化过程受温度的影响相类似，均随着晶化温度的升高，诱导期缩短、晶化速率增大。掺杂金属不同对MeAPO-5分子筛晶化过程的影响也不相同:晶化温度为144.9℃时，Mn2+和Co2+的引入促进了AlPO4-5分子筛的晶化，且Mn2+的促进作用较大;Fe3+和Cr3+则抑制了AlPO4-5分子筛的晶化，且Fe3+的抑制作用较强。不同金属离子在MeAPO-5晶化过程中表现出不同的迁移规律，最终存在状态也有差异。Co2+、Mn2+和Fe3+能够进入分子筛的骨架，参与分子筛骨架的形成，而Cr3+不能进入分子筛的骨架，不参与骨架的形成。 (4)以MeAPO-5(Me=Co，Mn，Cr)为催化剂，研究了微通道反应器中环己烷的选择氧化反应。微通道反应器明显提高了环己烷氧化反应的安全性，在温度高达170℃，压力为4MPa时，反应仍能正常进行。与非催化氧化相比，催化剂的引入提高了环己烷的转化率。当催化剂中金属含量约为0.6wt.％时，三种杂原子取代的分子筛催化剂上环己烷的转化率大小顺序为CrAPO-5＞MnAPO-5＞CoAPO-5;三种催化剂上，环己酮的选择性均大于环己醇的选择性。同时，环己烷的转化率及产物分布也与MeAPO-5分子筛催化剂中杂原子种类和含量相关。在CoAPO-5和MnAPO-5催化剂上，环己烷的转化率均随着金属含量的增加先升高再降低，在Me/P原子比为0.05处出现拐点;而在CrAPO-5催化剂上，环己烷的转化率随着金属含量的增大持续升高。在这三种催化剂上，环己醇和环己酮的选择性均随着金属含量的增加先增大再减小，但出现拐点的金属含量不同。