我国石油资源短缺,海外进口是我国石油供给的主要方式,到2015年,石油对外依存度将达60%,严重威胁我国能源安全。结合我国储量相对丰富的煤炭资源,发展新型煤化工能源技术是改变我国能能源供给方式,提高国家能源安全的重要选择。传统的煤制油技术主要是费托(F-T)合成技术,合成产品侧重于重质油;而甲醇制汽油(MTG)技术作为新型的煤制油技术,可直接将煤制甲醇高选择性转化为汽油,是F-T煤制油技术的有力补充。发展MTG技术,可有效解决当前国内甲醇严重过剩的局面,盘活煤化工产业链,意义重大。ZSM-5分子筛是催化甲醇制汽油反应的典型催化剂,其高度有序的微孔孔道结构赋予了其优异的择型催化性能,但其微孔扩散限制效应降低了积碳前驱物的扩散速率,进而促进了微孔内积碳的生成。积碳可覆盖在微孔活性位上降低催化活性,甚至堵塞孔道导致催化剂快速失活。工业生产中,失活的ZSM-5催化剂需要频繁再生,不仅增加了运行成本,而且再生后催化剂稳定性明显降低。由此可见,解决分子筛的扩散问题是提高其催化性能的关键。诸多研究表明,分子筛尺寸调控和和孔结构优化是解决分子筛催化应用中扩散问题的重要方法,降低尺寸和增加介孔可缩短扩散路径,有效促进分子扩散。本论文以纳米ZSM-5和多级孔ZSM-5分子筛代替传统微米ZSM-5催化MTG反应,考察了分子筛晶化温度、晶化时间、介孔诱导剂硅烷偶联剂(APTMS)的浓度对ZSM-5分子筛粒径、孔结构和酸性的影响,借助XRD、NH3-TPD、BET、TEM和XPS等表征技术对催化剂的理化性质进行深入分析,并结合MTG反应性能评价结果,系统研究了催化剂扩散路径长短、反应区域大小和酸性强弱等微观因素与其催化活性、产物选择性和反应寿命之间的构效关系,为开发稳定、长寿命的MTG新型催化剂提供技术和理论支持。本论文的主要结论如下:(1)研究晶化温度对ZSM-5晶粒尺寸和酸性的影响发现,ZSM-5的晶粒尺寸随晶化温度升高而增加,扩散限制更加严重,更容易形成积碳使催化剂加快失活。同时,随晶化温度升高而逐渐增加的强酸量和酸强度,也促进了积碳生成。110℃晶化6天制备的ZSM-5分子筛晶粒最小,可达50 nm,在WHSV=2.1 g.g-1.h-1空速下催化MTG反应的单程寿命达到450 h。(2)研究晶化时间对ZSM-5分子筛晶粒尺寸和酸性的影响发现,延长晶化时间,ZSM-5晶相内部铝含量增大,表面铝含量降低,分子筛的强酸量和酸强度增加,使其催化MTG反应初始活性增加,但也加快了积碳的生成。此外,ZSM-5的粒径随晶化时间增加也逐渐增加,扩散限制效应增加,促进了催化剂的失活。110℃晶化6 d制备的HZSM-5分子筛扩散性好,且酸性适中,在WHSV=9.48 g.g-1.h-1空速下其催化MTG反应的单程寿命达到 60 h。(3)针对ZSM-5晶粒尺寸和形貌对MTG反应活性的影响研究发现,纳米ZSM-5的反应区域大,更多的酸性中心能够参与反应,初始活性较高;其较短的扩散路径和较弱的酸强度使催化寿命增加的同时,也提高了长碳链烃类尤其是异构烷烃和芳烃的选择性。另外,纳米ZSM-5大的反应区域导致其催化MTG反应初始液烃收率随着空速增加而增加,而微米ZSM-5小的反应区域导致其催化MTG反应的初始液烃收率随空速增加而减少。(4)以介孔诱导剂APTMS诱导纳米ZSM-5分子筛形成多级孔结构,系统考察了 APTMS浓度对介孔形成过程的影响。发现诱导形成的介孔包含晶内介孔和晶间介孔两种孔结构,显著提高了 ZSM-5分子筛的扩散性能。同时,APTMS的引入,提高了中强酸量,降低了强酸量和酸强度,使反应更加温和,二次反应减少。当分子筛合成料液中APTMS添加量为5%(nAPTMS×100%/nTEOS = 5%)时,Meso-HZSM-5-5%多级孔孔结构和酸性适中,在WHSV=9.48 g.g-1.h-1空速下其催化MTG反应的单程寿命达到132 h。远大于微孔为主的纳米ZSM-5(60h)。