世界拥有丰富的天然气储量,将甲烷直接转化成芳烃等高附加值化工产品为甲烷和天然气的利用开辟了一条途径。目前,甲烷无氧芳构化反应仍存在甲烷转化率低、催化剂稳定性差的问题,制约着其在工业中的应用。本论文以提高甲烷转化率和催化剂稳定性为出发点,提出设计开发多级孔道结构ZSM-5沸石分子筛催化剂的路线,基于对沸石晶体生长习性的调控,结合大颗粒固体硅源表面晶种诱导生长及无模板法,制备含ZSM-5中空管的系列ZSM-5多级孔道结构沸石分子筛,研究多级孔道结构ZSM-5催化剂性能与其结构间的构效关系。主要内容如下:(1)通过调节合成液水量制备了尺寸为100-150nm的小颗粒的ZSM-5沸石分子筛;利用聚合物诱导的方法将小颗粒ZSM-5沸石分子筛组装成2μm左右,具有介孔结构的ZSM-5-A沸石分子筛微球。结果表明,在甲烷无氧芳构化反应中,小颗粒Z-100催化剂在反应15h后严重失活,苯收率降到3.6%。多级孔道结构ZSM-5-A催化剂在反应24h后,甲烷转化率在8%,苯的收率在4%左右,该结果为确立设计多级孔道结构分子筛催化剂的研究方向打下基础。(2)利用颗粒大小10μm的石英砂作为硅源在晶种诱导下,一步水热晶化制备条片状多级孔道结构ZSM-5-B分子筛,该分子筛具有较高的比表面积(SBET=408m2g-1)和介孔体积。通过NH3-TPD对催化剂的酸性分布进行表征发现,介孔有利于提高Mo物种在分子筛表面的扩散,促进其向载体孔道内的迁移,并与Br(?)nsted酸位相互作用。在反应的过程中,由于介孔的引入提高了分子筛催化剂的容碳能力,在甲烷无氧芳构化反应24h后,甲烷的转化率在12%,苯收率在8%左右,明显优于常规催化剂催化性能。考察了多级孔道结构ZSM-5-B沸石分子筛的生长过程,提出非均相体系结合晶种诱导下ZSM-5沸石分子筛的生长模型。(3)采用石英棉作为硅源,在无第二模板剂的条件下,一步水热晶化制备了直径在20μm左右柱状多级孔道结构ZSM-5-F沸石分子筛,由于晶体在硅源表面交互生长而形成晶间介孔。由于石英棉特殊的物理性质,本身所具有的支撑性和分散性,合成分子筛时可以有效地减少水量,是一种环境友好型合成路线。这种具有晶间介孔结构的整体型分子筛催化剂在甲烷无氧芳构化反应中在反应24h后,苯收率在6%左右,高于常规ZSM-5分子筛催化剂的苯收率(11h,3.6%)。(4)开发一条在无模板剂条件下制备含有大孔、介孔和微孔的中空管状ZSM-5结构沸石分子筛的技术路线。管的直径在14μm左右,管壁是由小颗粒的ZSM-5沸石晶体交互生长形成。通过EDS和XPS表征对分子筛硅铝分布进行研究发现,由于无模板剂的原因,ZSM-5-HFF沸石分子筛管壁显示出较为均匀的硅铝原子分布,推测这种具有均匀A1原子空间分布的ZSM-5-HFF沸石分子筛有助于Mo物种在分子筛孔道内的均匀分布,使得催化剂拥有更加均匀的活性中心。ZSM-5-HFF沸石分子筛催化剂在甲烷无氧芳构化反应中表现出了极其优越的催化活性和稳定性。经过诱导期,甲烷的初始转化率为18%,在反应55h后,仍保持在12%,苯收率在10%左右,基本保持不变,高于同条件下国际文献报道最佳值。在无模板剂条件下制备多级孔道结构沸石分子筛,简单、有效,有望扩展到其它类型的多级孔道分子筛的制备。