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甲醇转化制芳烃(MTA)过程主产物为苯、甲苯和二甲苯等芳烃，副产物为以C3～C5混合低碳烃为主的液化石油气(LPG)和以C5以上链烷烃为主的汽油馏分。作为一条非石油路线，该过程对于缓解我国芳烃资源紧缺、解决国内甲醇产能过剩、开拓新的聚酯产业链具有很好的应用前景。ZSM-5分子筛由于其独特的孔道结构和酸性易调控等特性，已成为甲醇转化制芳烃反应的首选固体酸催化剂。在ZSM-5分子筛中引入金属活性组分能有效提高其芳烃选择性，而金属物种的状态和分布对其甲醇芳构化催化性能有显著影响。鉴于分子筛催化性能与其形貌和金属组分状态密切相关，本论文分别研究了模板剂体系、无模板剂晶种协助体系和添加剂Na2-EDTA体系中各种合成参数对ZSM-5分子筛形貌的影响和作用机制，进而实现了对ZSM-5分子筛的形貌控制;采用浸渍法将锌物种引入到不同形貌ZSM-5分子筛上，制备了一系列不同形貌的Zn/H-ZSM-5分子筛，考察了分子筛形貌对锌物种状态和分布以及MTA催化剂性能的影响。主要结论如下: 1.详细研究了水量、碱度、模板剂种类和用量等合成参数对ZSM-5形貌的影响和作用机制。结果发现，模板剂用量（正丁胺）对ZSM-5晶化过程中晶体生长和产物形貌均存在显著影响。在诱导期内，增加模板剂正丁胺用量可以有效地促进成核，缩短诱导时间。晶体生长过程中，随着液相中的模板剂进入到分子筛骨架，液相中模板剂含量逐渐减少，模板剂诱导晶体生长和晶体自生长两种方式相互竞争，导致晶体生长趋势有所不同;模板剂NBA+诱导晶体生长为凸起船状，而晶体自生长为凸起棺材状;由于模板剂对晶体生长有促进作用，前者更具有优势。控制模板剂用量可以改变晶体生长期内由模板剂诱导生长阶段转为晶体自生长阶段的时刻点，从而调变产物形貌。其次，水量和碱度对ZSM-5分子筛(011)晶面的形成和生长也具有明显的影响。在诱导期和晶体生长的前期，活性物种浓度维持不变，但在晶体生长后期，活性物种浓度逐渐降低;该活性物种浓度下降阶段对(011)面的出现及变化起决定性作用。当活性组分浓度大于临界浓度时，在活性组分浓度下降阶段，由于掩蔽作用，动力学生长速率和热力学生长速率之间存在偏差，晶体的形貌为动力学控制，出现(011)晶面;当活性组分浓度小于临界浓度时，在活性组分浓度下降阶段，掩蔽效应消失，晶体维持热力学控制形貌。 2.在无模板剂晶种协助体系中，系统研究了晶种类型、溶解过程、和晶化路径等对分子筛产物形貌的影响。晶种加入到碱性环境中，将逐步溶解，形成可溶性物种（微晶或结构单元）;在晶种溶解过程中存在三个主体，即单独的无模板剂凝胶体系、可溶性物种和晶种。围绕这三个主体，存在三种相互竞争的晶化路径:(A)凝胶体系的饱和度增加导致在液相和硅凝胶颗粒的固液界面成核，并进一步生长为晶体;在这个过程中，无定形相既是成核的位点，又是营养的储存库。(B)在部分凝胶解聚和输送营养的情况下，溶解进液相的可溶性微晶或者结构单元发展为晶核，并进一步生长为晶体。(C)液相中形成的基本结构单元将会迁移到晶种表面，并与其表面羟基连接形成新的分子筛层。三种路径难易顺序为(C)＞(B)＞(A)，其中(A)最难进行;通过调节分子筛晶种类型和晶化路径，可实现对产物形貌的调控。 3.通过向合成体系中加入添加剂Na2-EDTA，开发了一种操作便捷的合成中空ZSM-5微球的方法。接近中性的条件下(pH值为8.5)有利于形成动力学稳定相的硅铝凝胶，晶化不发生;而此时添加EDTA2-离子，发生晶化且产物为中空ZSM-5分子筛微球。其中，EDTA2-不仅作为矿化剂推动凝胶的溶解和晶化，而且通过电荷组装诱导形成无机一有机球形颗粒(SiO4-)m(C4H12N+)x(EDTA2-)y(C4H12N+)z[(SiO)4Al-]n。同时发现，球形凝胶的晶化不是整个球体均匀进行的，而是首先发生在球体外表面，形成核壳结构;随着晶化的进行，内部无定形相材料逐渐转化为ZSM-5晶体，并通过奥斯特瓦尔德熟化过程迁移到壳层，从而形成中空ZSM-5微球。 4.分别考察了一系列不同形貌H-ZSM-5和Zn/H-ZSM-5分子筛催化剂的甲醇芳构化(MTA)性能。首先，与Cluster、Coffin和Cross形貌的H-ZSM-5相比，Hollow形貌的H-ZSM-5由于其特有的中空结构和定向组装的介孔壳层，不仅有利于反应物和产物扩散，而且增加了中间产物与酸位的接触时间和二次反应的机会，能够抑制C2=-C5=烯烃和C5+脂肪烃的形成，表现出较高的芳烃选择性(40.10％)和更长的催化剂寿命(187h)。其次，通过浸渍法将锌引入到Zn/H-ZSM-5分子筛后，出现两种不同形式的锌物种，即位于分子筛表面或者孔道中的ZnO颗粒和与质子酸具有强相互作用的Zn(OH)+物种，而且分子筛形貌对锌物种的状态和分布有显著的影响。对于Cluster和Coffin形貌的分子筛，大多数锌物种以ZnO颗粒形式存在;在Cross形貌的分子筛上，ZnO颗粒和Zn(OH)+物种比例相当;而对于Hollow形貌的分子筛来说，大多数锌物种以Zn(OH)+的形式存在。研究发现，催化剂甲醇芳构化性能与活性物种Zn(OH)+的含量密切相关:Zn(OH)+一方面消耗了分子筛上的Br(o)nsted酸，抑制了氢转移反应，使烷烃的选择性降低;另一方面，Zn(OH)+促进了低碳烯烃C2=-C5=和C5+非芳烃脱氢，使得低碳烷烃和C5+非芳烃选择性降低、而芳烃选择性提高。因此，对于Hollow形貌的Zn/H-ZSM-5分子筛，中空结构和定向组装的介孔壳层不仅有利于锌物种的高度分散，而且产生更多的Zn(OH)+活性物种，因而表现出较高的MTA芳烃选择性(47.69％)和较长的催化寿命(156h)。