不同硅鋁比小晶粒ZSM-5分子篩的合成及催化苯/甲醇烷基化反應(yīng)性能

魏 書 梅

(中國石油烏魯木齊石化公司研究院，烏魯木齊 830019)

ZSM-5分子篩作為一種具有雙十元環(huán)三維交叉孔道結(jié)構(gòu)的分子篩，因其獨特的孔道性質(zhì)而具有良好的擇形性、可調(diào)控性和離子交換性，在石油化工領(lǐng)域催化過程中得到廣泛應(yīng)用[1-2]。

對二甲苯(PX)是一種重要的化工原料，可以作為生產(chǎn)對苯二甲酸的原料。隨著化纖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，市場對對二甲苯需求不斷增長。對二甲苯的生產(chǎn)途徑主要有：催化重整、芳烴抽提、甲苯歧化與烷基轉(zhuǎn)移、二甲苯異構(gòu)化、對二甲苯分離、苯/甲醇烷基化等[3-6]。其中，苯/甲醇催化烷基化反應(yīng)是一條生產(chǎn)PX的可靠路徑，受到了眾多學(xué)者的關(guān)注[4-7]。催化劑的性能是苯/甲醇烷基化反應(yīng)的關(guān)鍵，ZSM-5分子篩是一種常用的苯烷基化催化劑。孫仁山等[8]研究了HZSM-5分子篩上的苯、甲醇吸附規(guī)律及其烷基化反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)HZSM-5分子篩的硅鋁比越高，越有利于苯/甲醇的單分子吸附，其催化烷基化反應(yīng)的活性也越好，而低硅鋁比的HZSM-5分子篩易失活。目前，開發(fā)兼顧原料轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)品選擇性和良好穩(wěn)定性的苯/甲醇烷基化催化劑，成為學(xué)者研究的重點，且已取得了一定的進展[9-13]。聞?wù)窈频萚14]以硝酸鎂、硝酸鈰為前身物，研究了鎂、鈰改性對多級孔ZSM-5分子篩催化苯/甲醇烷基化反應(yīng)性能的影響，發(fā)現(xiàn)在 773 K、0.18 MPa、質(zhì)量空速8 h-1、n(甲醇)/n(苯)=0.9 的條件下，鎂、鈰復(fù)合改性多級孔ZSM-5 分子篩催化苯烷基化的轉(zhuǎn)化率達51%以上，甲苯和二甲苯的選擇性達90%以上，且連續(xù)運行400 h后催化劑穩(wěn)定性良好。樊金龍等[15]研究了鎂改性的ZSM-5分子篩催化苯/甲醇烷基化反應(yīng)的性能，結(jié)果表明：鎂負(fù)載質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的改性ZSM-5催化劑可連續(xù)運行1 300 h，苯平均轉(zhuǎn)化率大于54%，甲苯和二甲苯的平均選擇性大于90%，乙苯平均選擇性低于1.5%，催化劑再生后的活性和穩(wěn)定性與新鮮催化劑相當(dāng)。此外，聞?wù)窈芠16]研究了苯/甲醇烷基化的催化劑及其催化機理，提出苯/甲醇烷基化反應(yīng)遵循烴池機理，甲苯在分子篩孔道內(nèi)存在多種吸附態(tài)，不同吸附態(tài)會生成不同的二甲苯，對二甲苯的生成能壘高于鄰、間二甲苯。

綜上，對于苯/甲醇烷基化反應(yīng)的研究已很多，但前期研究主要針對于催化劑的制備和表征方法，而對催化劑長周期運行性能的研究較少，不利于該技術(shù)的工業(yè)化推廣應(yīng)用?；诖耍菊n題采用步驟少、易于工業(yè)化的原位合成法制備不同硅鋁比的小晶粒ZSM-5分子篩，進而將其用于苯/甲醇烷基化反應(yīng)的催化，并考察其長周期運行時催化活性的穩(wěn)定性，得到穩(wěn)定性強的催化劑，為ZSM-5分子篩催化苯/甲醇烷基化技術(shù)的工業(yè)化和推廣應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

1 實 驗

1.1 原料及試劑

苯，質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.9%，由中國石油烏魯木齊石化公司煉油廠提供；甲醇，工業(yè)級，質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.9%，購于新疆新業(yè)能源化工有限公司；γ-Al2O3，工業(yè)級，購于山東鋁業(yè)公司；硝酸(HNO3)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為68%，購于山東久鼎化工有限公司；硅溶膠，SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，購于山東臨沂蘭月化工材料有限公司；四丙基溴化銨(TPABr)，分析純，購于南京化工試劑股份有限公司；氫氧化鈉(NaOH)，分析純，購于南京化學(xué)試劑股份有限公司；偏鋁酸鈉(NaAlO2)，分析純，購于天津市光復(fù)精細(xì)化工有限公司；NH4Cl，分析純，購于天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司；去離子水，自制。

1.2 催化劑的制備

采用原位水熱合成法，以硅溶膠為硅源、NaAlO2為鋁源、TPABr為模板劑，并加入NaOH和去離子水，其物料配比為n(SiO2)∶n(Al2O3)∶n(TPABr)∶n(NaOH)∶n(H2O)=1∶x∶0.05∶0.01∶5 (x為NaAlO2的量)，攪拌4 h后將凝膠轉(zhuǎn)移至晶化釜中，在160 ℃下晶化48 h，產(chǎn)物經(jīng)過濾、洗滌至中性，在120 ℃下干燥12 h，550 ℃下焙燒6 h，得到Na型ZSM-5分子篩。

在85 ℃下，用1 mol/L的NH4Cl溶液(液固質(zhì)量比20)處理Na型ZSM-5分子篩2 h，經(jīng)洗滌、干燥(120 ℃干燥12 h)和焙燒(550 ℃焙燒6 h)，并重復(fù)3次，得到H型ZSM-5分子篩，命名為ZSM-5-m(m為硅鋁原子比)。

將H型ZSM-5分子篩與γ-Al2O3按質(zhì)量比7∶3混合，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%的稀HNO3作黏結(jié)劑，擠條成型，經(jīng)120 ℃下干燥12 h、550 ℃下焙燒6 h，制得苯/甲醇烷基化催化劑ZSM-5-m。

1.3 催化劑的表征

利用日本理學(xué)株式會社生產(chǎn)的D-MAX-2550型X射線多晶衍射儀對催化劑樣品進行X射線衍射(XRD)表征，射線源為Cu Kα，管電壓為40 kV，管電流為100 mA，掃描范圍4°～50°，掃描速率3(°)/min，掃描步長 0.02°。

利用美國Micromeritics公司生產(chǎn)的ASAP-2020型高性能自動氣體吸附儀進行N2吸附-脫附表征。采用BET法和t-plot法分別計算催化劑的比表面積和孔體積。

利用美國Micromeritics公司生產(chǎn)的ChemiSorb 2920型多功能自動化程序升溫化學(xué)吸附儀進行NH3程序升溫脫附(NH3-TPD)表征。測試條件：樣品質(zhì)量約0.10 g，載氣為He(流量 25 mL/min)，在550 ℃下預(yù)處理1 h，降溫至50 ℃以下并保持30 min，吸附NH3體積分?jǐn)?shù)為10%的NH3-He 混合氣體至飽和，He氣氛圍下升溫至150 ℃并保持30 min，吹掃除去物理吸附的NH3，最后以10 ℃/min升溫速率升溫到700 ℃，同步記錄NH3-TPD 脫附曲線。

利用Bruker公司生產(chǎn)的Tensor 27型紅外光譜儀對催化劑的酸性進行吡啶吸附紅外光譜(Py-IR)表征。利用美國FEI公司生產(chǎn)的NOVANanoSEM 450 型超高分辨場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)表征催化劑的形貌。

1.4 催化劑的活性評價

催化劑的活性評價在連續(xù)流動固定床反應(yīng)器上進行，裝置主要由進料系統(tǒng)、預(yù)熱系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)、產(chǎn)物冷卻和分離系統(tǒng)構(gòu)成。不銹鋼反應(yīng)管(長度500 mm，內(nèi)直徑18 mm)上下兩端裝填石英砂，中間恒溫區(qū)裝填催化劑。甲醇和苯由微量泵打入反應(yīng)系統(tǒng)，與H2混合后進入反應(yīng)器，產(chǎn)物經(jīng)反應(yīng)管底部流出，經(jīng)冷凝器冷凝收集得到液相產(chǎn)物。

液相產(chǎn)物用Agilent 7890A氣相色譜儀進行分析，分別以苯轉(zhuǎn)化率(XB)，甲醇轉(zhuǎn)化率(XC)，甲苯、二甲苯、乙苯、對二甲苯的選擇性(ST，SX，SE，SP)作為評價催化劑反應(yīng)性能的指標(biāo)，XB，XC，ST，SX，SE，SP的計算按式(1)～式(6)進行。

XB=(nB，in-nB，out)/nB，in×100%

(1)

XC=(nC，in-nC，out)/nC，in×100%

(2)

ST=nT/n×100%

(3)

Sx=nX/n×100%

(4)

SE=nE/n×100%

(5)

SP=nP/nX×100%

(6)

式中，nB，in，nB，out，nC，in，nC，out，n，nT，nX，nE，nP分別為原料中苯，產(chǎn)物中苯，原料中甲醇，產(chǎn)物中甲醇，產(chǎn)物中苯系物、甲苯、二甲苯、乙苯和對二甲苯的物質(zhì)的量。

2 結(jié)果與討論

2.1 催化劑表征

2.1.1 XRD表征

合成的不同硅鋁比ZSM-5分子篩的XRD圖譜如圖1所示。由圖1可知：不同硅鋁比分子篩的XRD特征峰強度相近，無雜峰；在2θ為22.5°～25.5°處有3個特征衍射峰，分別歸屬于ZSM-5分子篩的(501)，(051)，(151)晶面；在2θ為45.1°處出現(xiàn)了2個峰(雙肩峰)，分別對應(yīng)ZSM-5分子篩的(10，0，0)和(0，10，0)晶面，這說明合成的分子篩具有典型的MFI拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，合成的分子篩是ZSM-5分子篩。對2θ為7.5°～9.0°處2個特征峰和22.5°～25.5°處的3個特征峰面積進行擬合計算，并設(shè)定ZSM-5-90的相對結(jié)晶度(RC)為100%，從而得到其他分子篩的相對結(jié)晶度(見圖1)。由圖1可知，5種分子篩的結(jié)晶度均較高，ZSM-5-150和ZSM-5-180的相對結(jié)晶度大于100%。

圖1 5種不同硅鋁比分子篩的XRD譜

2.1.2 N2吸附-脫附表征

不同硅鋁比分子篩的N2吸附-脫附等溫線如圖2所示。由圖2可知，除ZSM-5-90分子篩外，其他4種硅鋁比分子篩的N2吸附-脫附曲線相似，根據(jù)IUPAC分類，這4種硅鋁比的分子篩均屬于Ⅳ型等溫線，說明分子篩具有中孔毛細(xì)凝聚現(xiàn)象，樣品含有中孔結(jié)構(gòu)，ZSM-5-90分子篩的回滯環(huán)相對較小，屬于Ⅰ型吸附等溫線，說明其含有微孔結(jié)構(gòu)較多。

圖2 5種不同硅鋁比分子篩的N2吸附-脫附等溫線

采用BET 法和t-plot 法分別計算催化劑的比表面積和孔體積，結(jié)果見表1。從表1可知，5種分子篩均具有較大的比表面積，其中，ZSM-5-90分子篩的比表面積最小，微孔體積最大，介孔體積最小，而ZSM-5-150分子篩的比表面積、總孔體積和介孔體積最大。因此，ZSM-5-150分子篩可能具有更多活性位，有利于反應(yīng)的發(fā)生。同時還發(fā)現(xiàn)，5種硅鋁比的分子篩均包含微孔和介孔，說明制備的ZSM-5分子篩為多級孔分子篩。

表1 5種不同分子篩的比表面積和孔體積

2.1.3 NH3-TPD表征

為了更好地解釋不同催化劑的不同催化活性，對不同硅鋁比ZSM-5分子篩進行NH3-TPD測試，結(jié)果見圖3。由圖3可知，5種不同硅鋁比ZSM-5分子篩的NH3-TPD曲線均有兩個脫附峰，分別在225 ℃和400 ℃左右，對應(yīng)于分子篩上的弱酸和強酸。此外，5種不同硅鋁比ZSM-5分子篩的強酸和弱酸峰強度相差較大，說明5種分子篩的酸性質(zhì)具有顯著的不同。

圖3 5種不同硅鋁比分子篩的NH3-TPD曲線

利用PeakFit v4.12軟件對5種ZSM-5分子篩的NH3-TPD曲線進行分峰擬合積分[5]，結(jié)果見表2。從表2可知：5分子篩的弱酸量差別不大，但強酸量區(qū)別較為明顯；當(dāng)硅鋁比為90時，弱酸酸量、強酸酸量和總酸酸量均最高，分別為0.35，0.78，1.13 mmol/g。隨著硅鋁比升高，弱酸酸量、強酸酸量和總酸量均逐漸減小，這可能是因為分子篩中的酸性活性位基本由鋁提供，硅鋁比增大，分子篩的鋁含量降低，從而使酸中心數(shù)量減少、酸量降低。

表2 5種不同硅鋁比分子篩的酸性質(zhì) mmol/g

2.1.4 Py-IR表征

為了進一步分析不同硅鋁比ZSM-5分子篩上不同類型酸的性質(zhì)，采用Py-IR對分子篩進行表征，結(jié)果如圖4所示。從圖4可以發(fā)現(xiàn)，Py-IR曲線在波數(shù)1 455 cm-1和1 550 cm-1處出現(xiàn)紅外吸收峰，分別屬于L酸和B酸。除了ZSM-5-120的L酸外，其他分子篩的L酸和B酸紅外吸收峰均隨著硅鋁比的升高而逐漸減小。

圖4 5種不同硅鋁比分子篩的Py-IR譜

根據(jù)Py-IR酸量計算式，分別計算不同硅鋁比ZSM-5分子篩的L酸酸量和B酸酸量，結(jié)果如表3所示。由表3可知：ZSM-5-90分子篩的總酸量(L酸和B酸的酸量之和)最大，為0.89 mmol/g；隨著ZSM-5分子篩硅鋁比的升高，其總酸量逐漸降低，與NH3-TPD表征結(jié)果一致；不同分子篩的L酸酸量均大于其B酸酸量；ZSM-5-120的L酸酸量最大，為0.62 mmol/g，大于其他硅鋁比ZSM-5分子篩的L酸酸量，這可能會影響其催化性能。

表3 不同硅鋁比分子篩的不同類型酸的酸量

2.1.5 SEM表征

圖5為不同硅鋁比ZSM-5分子篩的SEM照片。由圖5可以看出：制備的5種不同硅鋁比ZSM-5分子篩的形貌相似，分子篩晶粒均較小，為不規(guī)則的長方體小晶粒，晶粒線條清晰，說明晶體結(jié)晶度較高，與XRD表征結(jié)果一致；小晶粒聚集在一起，團簇成較大的蜂窩狀顆粒，在團簇的過程中會形成二次孔結(jié)構(gòu)，進而為反應(yīng)提供了更多的反應(yīng)活性位，有利于反應(yīng)的進行。

圖5 不同硅鋁比ZSM-5分子篩的SEM照片

2.2 不同硅鋁比分子篩的催化性能

2.2.1 不同硅鋁比分子篩的催化苯/甲醇反應(yīng)結(jié)果

在反應(yīng)溫度為470 ℃、反應(yīng)壓力為0.5 MPa(H2)、質(zhì)量空速為2.0 h-1、苯/甲醇摩爾比為1∶1的條件下，考察不同硅鋁比ZSM-5分子篩催化劑催化苯/甲醇烷基化反應(yīng)的性能，結(jié)果見表4。由表4可知：在反應(yīng)72 h后，甲醇轉(zhuǎn)化率達到100%；而苯轉(zhuǎn)化率隨著ZSM-5分子篩硅鋁比的升高而逐漸增大，由49.18%增至63.84%，但當(dāng)硅鋁比升至150以上時，繼續(xù)增大硅鋁比對苯轉(zhuǎn)化率影響變得不明顯；甲苯選擇性變化趨勢與苯轉(zhuǎn)化率變化趨勢相反，隨著ZSM-5分子篩硅鋁比的升高而逐漸降低；隨著ZSM-5分子篩硅鋁比的升高，二甲苯選擇性逐漸升高；分子篩硅鋁比對PX選擇性的影響并不顯著，當(dāng)分子篩硅鋁比為150時，二甲苯中PX的占比最大，為67.36%；此外，反應(yīng)還生成了少量乙苯，不同硅鋁比ZSM-5分子篩對乙苯的選擇性均小于1.00%，且隨著分子篩硅鋁比的升高，乙苯選擇性逐漸降低。

表4 不同硅鋁比ZSM-5分子篩催化苯/甲醇烷基化反應(yīng)結(jié)果

根據(jù)文獻報道[10]，苯/甲醇烷基化反應(yīng)屬于串聯(lián)反應(yīng)。反應(yīng)過程中，甲醇首先吸附在分子篩的酸性中心上轉(zhuǎn)化為甲氧基，被活化的甲氧基與苯進行反應(yīng)生成甲苯，甲苯與活化的甲氧基進行二次反應(yīng)生成二甲苯，然后再依次生成多甲基取代苯。該反應(yīng)過程中存在競爭反應(yīng)，當(dāng)催化劑活性位的酸性較強時，較易發(fā)生甲醇轉(zhuǎn)化為烯烴的副反應(yīng)。

由于不同硅鋁比ZSM-5分子篩的比表面積差別不明顯，且除ZSM-5-90外不同分子篩的總孔體積和介孔體積相近，因此推測催化劑的比表面積和孔體積不是決定苯/甲醇烷基化反應(yīng)結(jié)果的關(guān)鍵因素；而不同硅鋁比ZSM-5分子篩的酸性質(zhì)差異較大且呈現(xiàn)出一定的變化規(guī)律，因此分子篩的酸性質(zhì)可能是影響其催化苯/甲醇烷基化反應(yīng)活性決定因素。由文獻[17]可知，分子篩的L酸酸量較大時有利于提高分子篩的水熱穩(wěn)定性，但若分子篩總酸量過大且酸性較強，則不利于催化苯/甲醇烷基化反應(yīng)。與ZSM-5-150相比，ZSM-5-120具有更大的L酸酸量，因此其催化效果不如前者。所以，適當(dāng)?shù)奶岣叻肿雍Y的硅鋁比(ZSM-5-150)，調(diào)整分子篩具有適中的酸性和酸量，可以兼顧苯轉(zhuǎn)化率和甲苯、二甲苯、對二甲苯的選擇性。

2.2.2 ZSM-5分子篩硅鋁比對甲醇轉(zhuǎn)化率的影響

不同硅鋁比ZSM-5分子篩催化苯/甲醇烷基化反應(yīng)的甲醇轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)時間的變化趨勢如圖6所示。需要說明的是，當(dāng)反應(yīng)過程中甲醇的轉(zhuǎn)化率小于98%時，則認(rèn)為催化劑失活，停止反應(yīng)。由圖6可以發(fā)現(xiàn)：隨著ZSM-5分子篩硅鋁比升高，甲醇轉(zhuǎn)化率保持在98%以上的時間明顯增加；當(dāng)以ZSM-5-90為催化劑時，反應(yīng)至96 h時甲醇開始出現(xiàn)不完全轉(zhuǎn)化，反應(yīng)至144 h時甲醇轉(zhuǎn)化率降至98%以下，催化劑失活；當(dāng)以ZSM-5-120為催化劑時，甲醇轉(zhuǎn)化率保持在98%以上的時間大幅延長，反應(yīng)至312 h時催化劑失活；當(dāng)分子篩硅鋁比大于120時，在反應(yīng)360 h周期內(nèi)甲醇可實現(xiàn)完全轉(zhuǎn)化。

圖6 不同硅鋁比分子篩催化苯/甲醇烷基化反應(yīng)的甲醇轉(zhuǎn)化率

2.2.3 ZSM-5分子篩硅鋁比對苯轉(zhuǎn)化率的影響

不同硅鋁比ZSM-5分子篩催化苯/甲醇烷基化反應(yīng)的苯轉(zhuǎn)化率隨著反應(yīng)時間的變化趨勢如圖7所示。由圖7可以發(fā)現(xiàn)：以ZSM-5-90分子篩為催化劑，苯轉(zhuǎn)化率最低；隨著分子篩硅鋁比增大，苯轉(zhuǎn)化率提高；當(dāng)以ZSM-5-150，ZSM-5-180，ZSM-5-240分子篩為催化劑時，苯轉(zhuǎn)化率相近，為60%～64%。這與甲醇轉(zhuǎn)化率的變化趨勢相似。綜上所述，ZSM-5-150分子篩對苯/甲醇烷基化反應(yīng)具有最好的催化效果。

圖7 不同硅鋁比分子篩催化苯/甲醇烷基化反應(yīng)的苯轉(zhuǎn)化率

2.2.4 ZSM-5分子篩長周期運行的穩(wěn)定性

以ZSM-5-150分子篩為催化劑，考察催化劑長周期運行的活性穩(wěn)定性，運行期間苯/甲醇烷基化反應(yīng)的產(chǎn)物分布如圖8所示。由圖8可知，在1 200 h的反應(yīng)周期內(nèi)，苯/甲醇烷基化反應(yīng)產(chǎn)物分布穩(wěn)定，產(chǎn)物中甲苯、二甲苯和對二甲苯的選擇性平均值分別為52.81%，36.63%，67.78%，甲苯和二甲苯選擇性之和最高為91.71%，說明硅鋁比為150的ZSM-5分子篩催化劑具有良好的苯/甲醇烷基化催化性能。

圖8 ZSM-5-150分子篩催化劑催化苯/甲醇烷基化反應(yīng)的產(chǎn)物分布

在相同反應(yīng)條件下，對比研究ZSM-5-180和ZSM-5-240催化苯/甲醇烷基化反應(yīng)長周期運行情況，結(jié)果如圖9所示。由圖9可知：在反應(yīng)周期內(nèi)，兩種分子篩催化劑作用下苯/甲醇烷基化反應(yīng)產(chǎn)物分布的變化趨勢一致；隨著反應(yīng)時間延長，甲苯、二甲苯和對二甲苯的選擇性均逐漸減小，在反應(yīng)初期(反應(yīng)開始24 h內(nèi))產(chǎn)物選擇性較高；ZSM-5-180和ZSM-5-240的催化效果較好，但隨著反應(yīng)時間延長，其催化性能下降較快，尤其是ZSM-5-240催化劑，當(dāng)反應(yīng)到528 h時，二甲苯選擇性僅為28.65%。

圖9 分子篩催化劑催化苯/甲醇烷基化反應(yīng)的產(chǎn)物分布

分析產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因：由文獻[8]和本研究之前表征結(jié)果可知，ZSM-5分子篩催化苯/甲醇烷基化反應(yīng)的主要影響因素是催化劑的酸性質(zhì)；反應(yīng)初期ZSM-5-180和ZSM-5-240的酸性和酸量均較適宜，催化效果好，產(chǎn)物選擇性高，因此以ZSM-5-180和ZSM-5-240為催化劑，苯/甲醇烷基化反應(yīng)初期的產(chǎn)物選擇性高于以ZSM-5-150為催化劑的產(chǎn)物選擇性；但是，由于苯/甲醇烷基化反應(yīng)屬于串級反應(yīng)[10]，由于反應(yīng)劇烈，反應(yīng)初期生成的產(chǎn)物難以及時擴散出去，會發(fā)生二次烷基化反應(yīng)，生成更大的烷基化產(chǎn)物，進而堵塞孔道，覆蓋活性中心，從而降低反應(yīng)后期產(chǎn)物的選擇性。因此，鑒于長周期催化劑的運行效果，選擇硅鋁比為150的ZSM-5-150催化劑可以得到更穩(wěn)定的長周期苯/甲醇烷基化催化性能。

3 結(jié) 論

(1)采用原位水熱法分別制備得到硅鋁原子比為90，120，150，180，240的多級孔ZSM-5分子篩催化劑。在5種不同硅鋁比的ZSM-5分子篩催化劑中，ZSM-5-150分子篩的比表面積和孔體積最大，分別為432 m2/g和0.57 cm3/g，而且其介孔體積最大，為0.45 cm3/g；隨著硅鋁比增大，ZSM-5分子篩的酸量減小，其中ZSM-5-150分子篩的酸量適中，強酸量為0.62 mmol/g。

(2)隨著硅鋁比升高，所得ZSM-5分子篩催化苯/甲醇烷基化反應(yīng)的苯轉(zhuǎn)化率和二甲苯選擇性均提高，甲苯選擇性降低，但當(dāng)硅鋁摩爾比升至150后，繼續(xù)增加硅鋁比對反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物選擇性影響變得不明顯。以ZSM-5-150分子篩為催化劑，反應(yīng)72 h后，苯轉(zhuǎn)化率、甲苯選擇性、二甲苯選擇性、對二甲苯在二甲苯中的占比、乙苯選擇性分別為62.92%，52.39%，37.38%，67.36%，25.18%，0.81%。

(3)分子篩長周期運行穩(wěn)定性試驗結(jié)果表明，試驗運行1 200 h后，ZSM-5-150分子篩催化劑仍具有良好的催化活性，說明ZSM-5-150分子篩具有優(yōu)秀的苯/甲醇烷基化催化活性和穩(wěn)定性。