ZSM-5沸石分子筛因具有独特的孔道结构、高的比表面积和良好的热稳定性,可作为高活性固体酸催化剂和催化剂载体,不仅广泛应用于石油加工和石油化工等传统化工生产中,而且在清洁能源加工、环境治理工程和生物质利用等新兴绿色化工领域具有更加广阔的应用前景。ZSM-5是MFI结构的沸石分子筛,具有平行于a轴的“之”型孔道和平行于b轴的直孔道,其中较大的直孔道更有利于小分子的扩散。通过调整a轴和b轴的长度可以调控ZSM-5分子筛晶粒形貌,从而影响催化剂的活性和选择性。ZSM-5分子筛是微孔沸石分子筛,孔道尺寸小(<1 nm),不利于分子的快速输送,因而不能应用于大分子的催化。多级孔ZSM-5分子筛拥有微孔、介孔和大孔结构,有利于反应物的扩散,可以有效的改善分子筛的催化性能。此外,ZSM-5的晶粒形貌和多级孔结构影响催化剂的比表面积、酸性和活性位点分布等,进而影响ZSM-5催化剂的催化性能,因此,合成特定晶粒形貌、尺寸和多级孔结构的ZSM-5分子筛显得尤为重要,是分子筛合成研究的重要内容。在本文第二章中,以硅溶胶为硅源,以TPABr为模板剂时,水热合成了球状大颗粒(20μm)、成束的棒状和花瓣形的片状等形貌ZSM-5分子筛;以TPAOH为模板剂时,水热合成了尺寸为1～2 μm、六角板状的ZSM-5分子筛。不同形貌ZSM-5分子筛晶粒中,结晶取向和孔道长度差别大,影响小分子的扩散性能,从而影响甲苯歧化反应中的催化性能。沸石晶粒和形貌可以通过在合成过程中加入不同有机添加剂和改变合成条件的方法来控制调变,这些研究对设计合成具有高活性高选择性的沸石催化材料具有重要意义。在本文第三章中,继续以硅溶胶为硅源,在甘油辅助下,采用晶种法水热合成了ZSM-5分子筛。晶种法合成ZSM-5 一般需要一定量的钠离子,有利于得到MFI结构,但有时也会伴随α-Si02杂晶生成。甘油的加入可以有效地抑制a-SiO2的生成,同时具有提高结晶度、调控晶粒尺寸和增强酸催化活性的作用。同时,在甘油辅助下水热合成的ZSM-5分子筛在甲苯歧化反应中表现出较高的催化活性。在本文第四章中,本章以硅溶胶为硅源,TPAOH为模板剂和自制亲水性炭黑为模板,采用传统水热法及微波辅助水热法成功地合成了具有较高结晶度和均匀形貌的介孔ZSM-5沸石分子筛催化剂,通过控制碳模板的添加量,成功地控制了介孔率,并对其进行了甲苯歧化反应催化性能表征。亲水性碳模板在合成凝胶中高度分散,可以在沸石晶粒中形成均匀的介孔结构,同时可以通过改变炭黑的添加量,来控制所合成的介孔ZSM-5的孔隙结构,从而增大反应物和产物的扩散速率,提高催化剂的活性和选择性。作为比较,在微波辅助水热晶化条件下,亲水性炭黑颗粒的作用主要是控制分子筛的形貌,可以得到具有六角板状的ZSM-5分子筛晶粒。ZSM-5沸石分子筛作为工业用催化剂,需求量大,然而传统的水热合成方法采用化工原料和模板剂,成本高、污染大和生产效率低,需要开发符合绿色化工要求的新的合成方法。因此,以高岭土(煤矸石)、累托石和硅藻土等黏土为廉价硅源和铝源,采用绿色合成方法(晶种法和类干胶法等),制备具有高硅铝比的ZSM-5催化剂是最新合成研究的一个热点。伊利石是资源丰富的硅铝酸盐黏土矿物,可用于合成4A等低硅铝比的沸石分子筛,但是高硅铝比ZSM-5沸石分子筛合成研究未见报道。在本文第五章中,以酸洗伊利石黏土所产生的活性硅渣为硅源,硝酸铝为铝源,使用微量的TPAOH为模板剂,在190℃,2h的合成晶化条件下,采用蒸汽辅助转化法快速合成了 H-ZSM-5沸石分子筛聚集体;通过调整铝源的添加量,实现了沸石分子筛酸性可控的目的,合成的沸石分子筛产物的催化性能与工业分子筛相当。在本文第六章中,以酸洗伊利石硅渣作为合成分子筛的硅源,通过晶种法快速水热合成出亚微米ZSM-5分子筛,并考察了多种合成因素的影响,得到以下结论:合成分子筛所需伊利石的最佳活化温度为650℃,低于高岭土的活化温度(800℃),降低了高温处理能耗;在晶化温度为170℃、晶化时间为3 h、陈化时间为24h、Na20/Si02为0.155、硅铝比为70、晶种量为9wt%的最优配方下,ZSM-5分子筛相对结晶度达到最高,石英杂质含量达到最低;不同类型的ZSM-5为晶种均可合成出亚微米ZSM-5分子筛,且自制分子筛可作为晶种重复使用;最优配方下合成的ZSM-5分子筛在甲苯歧化反应中的催化性能略优于进口 ZSM-5工业分子筛。在本文第七章中,以酸洗伊利石硅渣作为硅源,TPABr为有机模板剂,通过固相蒸汽法合成ZSM-5分子筛,提高了黏土原料的利用率,避免了传统水热时产生大量的废水。晶化温度为190℃、晶化时间为1d、Na2O/SiO2为0.6、硅铝比为50的条件下,固相蒸汽法合成的ZSM-5分子筛相对结晶度达到最高,石英杂质含量达到相对最低。