苯和甲醇烷基化是获得甲苯(T)和二甲苯(X)的重要途径。通过苯和甲醇烷基化反应,不仅能够将非石油产品甲醇转化为高价值的芳烃,还能够拓宽石油苯的用途。本论文利用ZSM-5、Beta和MCM-22族沸石,系统研究了沸石结构、酸性对苯和甲醇烷基化反应的影响,目的在于为研制反应活性和稳定性高以及再生重复性好的苯和甲醇烷基化催化剂提供借鉴。本论文的鲜明特点是将苯和甲醇烷基化碳八芳烃产物中乙苯(EB)含量作为考核催化剂的重要指标。这是因为只有乙苯含量较低的碳八芳烃产物才是异构化生产对二甲苯(PX)的优质原料。本文的主要研究内容和结果如下:首先,考察了反应温度、压力、进料空速和苯/甲醇摩尔比对不同拓扑结构的H-ZSM-5、H-Beta和H-MCM-22沸石苯和甲醇烷基化性能的影响。在各沸石的最佳反应条件下研究了三种沸石的催化活性、反应稳定性和烷基化产物分布特点。结果表明,H-ZSM-5和H-MCM-22沸石都具有较高的苯和甲醇烷基化活性和稳定性。相比之下,H-Beta沸石不仅反应活性低而且积碳失活很快。另外,H-ZSM-5沸石的苯和甲醇烷基化产物中乙苯最多、H-Beta沸石次之、H-MCM-22沸石最少。因此,从反应活性、反应稳定性和乙苯生成量三个方面综合比较,H-ZSM-5和H-MCM-22沸石的苯和甲醇烷基化性能较好。与H-ZSM-5沸石相比,H-MCM-22因副产物(乙苯)少而占有优势。为了深入研究MCM-22沸石及其同族其它沸石的苯和甲醇烷基化性能,通过对MCM-22(P)沸石进行溶胀、插层和柱撑处理得到了 MCM-36沸石。在晶种的配合下,用低毒和廉价易得的环己胺(CHA)代替环己亚胺(HMI)传统模板剂,以硅溶胶和偏铝酸钠为主要原料、通过调控凝胶硅铝比水热合成了纯相MCM-49和MCM-56沸石。MCM-22、MCM-36、MCM-49 和 MCM-56 沸石都是具有 MWW 拓扑结构的层状沸石,但是其层间结构有所不同。苯和甲醇烷基化反应结果表明,H-MCM-22族沸石的苯和甲醇烷基化反应产物分布十分相近。其共同特点是乙苯在碳八芳烃中的含量(EB/C8)很低,EB/C8平均值<1%。从催化剂的反应活性和稳定性角度看,H-MCM-22和H-MCM-49的水平接近,是上述MCM-22族沸石中的优胜者。然而,烧炭再生后的H-MCM-22和H-MCM-49沸石反应稳定性急剧恶化,对其实际应用提出了严峻挑战。在此基础上,本文主要致力于研究H-ZSM-5沸石酸性对苯和甲醇烷基化反应的影响,主要目的是寻求降低其烷基化产物中乙苯含量的有效途径。首先用不同硅铝比H-ZSM-5沸石,以及高温水蒸气钝化和碱金属离子改性的纳米H-ZSM-5沸石,研究了 H-ZSM-5沸石酸量和酸强度对苯和甲醇烷基化反应的影响;在此基础上,用正硅酸四乙酯化学液相沉积法(CLD)制备的外表面硅烷化纳米H-ZSM-5沸石催化剂,以及用硝酸钠溶液浸渍与四丙基溴化铵溶液离子交换相结合方法制备的内表面钠离子改性纳米H-ZSM-5沸石催化剂,研究H-ZSM-5沸石内、外表面酸中心对苯和甲醇烷基化反应的影响。反应结果表明,H-ZSM-5的内表面是生成乙苯副产物的主要场所。在内表面Bronsted酸中心被钠离子部分钝化的纳米沸石催化剂(In-ZSM-5-1.9 wt.%)上,苯的烷基化转化率超过24%,仅比沸石母体低4～5个百分点。该催化剂令人惊喜之处是,在近400 h的连续反应中,其活性基本稳定,且三次烧炭再生后性能仍然稳定。特别是,其EB/C8的均值约为15%,明显优于沸石母体(约为32%)。该催化剂的反应性能表明,利用纳米H-ZSM-5沸石外表面酸中心进行苯和甲醇烷基化反应具有重要的研究价值。