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低碳烯烃是重要的石油化工基础原料,用于生产各种重要的化学品。其传统生产主要来自于原油裂解。随着低碳烯烃需求量的增大和石油资源的匮乏,天然气制取高附加值的低碳烯烃用以缓解石油短缺带来的烯烃原料缺乏引起世界各国的广泛关注。本论文以本课题组提出的甲烷经溴甲烷利用路线来制备低碳烯烃,该过程反应条件温和、步骤简单,对天然气的利用和烯烃的生产都具有重要意义。本论文旨在研究溴甲烷制低碳烯烃的高效分子筛催化剂,并结合XRD、SEM、TEM、NH3-TPD、XRF、N2物理吸附脱附等多种表征手段来揭示不同孔结构和酸性质的分子筛催化剂的结构与催化性能之间的构效关系,主要研究结果如下:以三乙胺为模板剂,水热法合成SAPO-34分子筛,并通过同晶取代法制备了一系列不同锌含量的ZnAPSO-34s分子筛。Zn进入到分子筛骨架使得分子筛的颗粒尺寸及表面酸性呈现规律性变化,进而影响催化剂的催化性能。与SAPO-34分子筛相比,ZnAPSO-34s表现出更好的催化性能,特别在Zn/Si摩尔比为0.02时,低碳烯烃(乙烯+丙烯)收率达73.3%,溴甲烷初始转化率达92%,且催化剂稳定性有明显提高。酸性和颗粒尺寸是影响催化性能的主要因素,强酸利于催化活性的提高,弱酸利于低碳烯烃的生成。随着锌含量的增加,分子筛颗粒变小,催化剂催化性能提高,主要原因是小晶粒的分子筛具有孔道短、孔径小、比表面大的特性,减小了扩散阻力,增加了反应物与生成物进出孔道的机会,在一定程度上促进反应的发生并抑制了副反应,从而提高催化剂的活性和低碳烯烃选择性。以四丙基氢氧化铵为模板剂,水热法合成了HZSM-5分子筛,并以HZSM-5为核,通过温和的碱催化溶胶-凝胶过程在其表面控制生长不同厚度和致密度全硅分子筛silicalite-1壳层,从而制备包覆型HZSM-5@silicalite-1核壳结构分子筛,并考察了核壳分子筛的壳层覆盖度和孔道内外表面的酸性等对溴甲烷制低碳烯烃反应催化性能的影响。HZSM-5@silicalite-1核壳分子筛表现出更佳的低碳烯烃选择性和催化稳定性。随着壳层变厚(覆盖度增加),能够更大程度上抑制催化剂表面的副反应,降低催化剂的结焦速率,从而提高催化剂的低碳烯烃选择性和催化稳定性。