在工业上,以液体酸为催化剂的反应有很多,如酯交换反应、酯化反应、烷基化反应等。由于液体酸存在对设备腐蚀性强,不易分离,难重复使用,采用自动化连续生产困难,后处理产生废液多对环境不友好等缺点,因此开发环境友好的固体强酸催化剂具有重要意义。沸石分子筛由于其自身的酸性及适当孔径产生的反应择形性等优势,被认为可以替代催化反应中的液体酸,是最有前途的固体酸催化剂。但分子筛由于酸含量及酸强度不高(如纯硅MCM-41),并且有些分子筛(如SBA-15)本身不具有任何酸性,又使它的使用受到了限制,因此需要对分子筛进行改性来提高其催化活性。本文采用水热合成方法,在MCM-41骨架中引入Al以增加分子筛的酸性,合成了不同硅铝比的Al-MCM-41系列介孔分子筛催化剂,并比较了不同的加Al顺序对催化剂活性的影响。为进一步提高分子筛的酸性,对不同硅铝比的Al-MCM-41介孔材料进行表面处理:采用等体积浸渍的方法在Al-MCM-41材料中加入糠醇溶液,经升温聚合在孔壁形成碳膜,再加浓硫酸磺化得到SO3H-MCM-41系列催化剂。考察了磺化温度对催化剂性能的影响。采用XRD、BET、FT-IR、TGA、XPS、TEM等技术对合成的催化剂进行了表征,结果表明:所有催化剂都具有典型的中孔结构,孔道比较规整,催化剂的孔径均在3nm以上;一次晶化法可以得到理想硅铝比的Al-MCM-41;糠醇在Al-MCM-41表面形成了聚合物,通过直接加浓硫酸进行磺化,成功地将磺酸基引入到了分子筛的孔壁上,并对催化剂的酸量进行了测定。以苯酚和叔丁醇的烷基化为模型反应,研究了催化剂择形效果,以三乙酸甘油酯与甲醇的酯交换为模型反应,研究了催化剂在生物柴油制备中的反应活性,并对催化剂的稳定性做了考察。实验结果表明:Si/Al=70,磺化温度为200 oC时,SO3H-MCM-41(200 oC)为活性最高的催化剂,在烷基化反应中叔丁醇的转化率最高达77.1%,经五次重复使用后降为46.5%;在酯交换反应中三乙酸甘油酯转化率达到99.4%,五次重复使用后降为55.2%。在烷基化反应中催化剂对对位取代产物并没有显示明显的择形效果,而在酯交换反应过程中总能检测到所有中间产物。对苯酚和叔丁醇的烷基化反应的所有分子结构进行优化,得出分子的结构数据,发现所有分子的最大直径均小于1nm,而催化剂的孔径分布在3.22-3.90nm之间,相对于分子而言,孔太大了,所以催化剂没有择形效果;对三乙酸甘油酯与甲醇之间的三步连续酯交换反应进行了热力学计算。结果表明,每步反应的吉布斯自由能变化值均接近于零,平衡常数接近于1,整个反应是反应热较小的热力学平衡过程。