我国炼油行业取得长足进步，但目前产能过剩矛盾日益突出，且呈加剧之势，同时，我国乙丙烯等基础化工原料自给率不足。在此背景下，原油直接催化裂解制化学品成为炼油行业的下一个发展方向。催化剂是开发原油催化裂解新过程的关键之一，而催化剂酸性、孔结构与产物分布密切相关。ZSM-5 分子筛是应用最广泛的裂解催化剂，采用其他金属同晶取代 ZSM-5 分子筛中的 Al 是调控其酸性、孔结构及催化性能的有效途径，目前有关同晶取代分子筛催化裂解性能方面的研究较少。本研究利用水热法原位合成了不同金属同晶取代的 ZSM-5 分子筛，研究了其酸性质、比表面积及孔结构等性质，对比了不同合成方法所得分子筛的性质。将所合成分子筛用于催化裂解正己烷制低碳烯烃，并与传统 ZSM-5 的催化性能进行对比，利用分析表征手段揭示了同晶取代分子筛裂解产物中低碳烯烃选择性高的本质，考察了反应条件对裂解过程的影响规律。主要研究内容及结论总结如下： 1. 提出同晶取代分子筛调控其酸性质的策略，利用水热法分别合成了 Ga、Fe、Nb、Y、Ce、Zr 或 Sn 同晶取代的 ZSM-5 分子筛，并通过引入第二种金属进一步调控其性质，分析了所制备催化剂的晶型、酸强度、酸量、孔结构等物化性质，对比了同晶取代分子筛催化裂解正己烷的性能。发现同晶取代分子筛体系所得 C2-C4 烯烃（三烯）选择性显著高于 Al-ZSM-5，其中 Sn-ZSM-5 体系三烯选择性最高（Sn-ZSM-5：62.5%，Al-ZSM-5：18.9%）。NH3-TPD 分析表明，Sn 同晶取代 Al 后显著降低了分子筛酸量，乙烯吸附研究表明 Sn-ZSM-5 吸附烯烃的能力显著降低，从而抑制了乙丙烯等产物发生二次反应，提高了低碳烯烃选择性。适量 Zn 的引入可提高催化剂酸量及裂解性能，相同条件下，相比 Sn-ZSM-5，10%Zn/Sn-ZSM-5 体系正己烷转化率可提高 7.4%，三烯收率提高 6.8%，而当 Zn 负载量高于 10.0wt% 时，Zn 可堵塞部分分子筛孔道，导致催化活性降低。 2. 利用微晶法、通过改变合成过程中的水硅比，实现了同晶取代 Sn-ZSM-5晶粒大小、孔结构及比表面积的调控，获得系列微晶分子筛（MC Sn-ZSM-5）。研究发现，MC Sn-ZSM-5 比 Sn-ZSM-5 具有更小粒径、更大比表面积、更多弱酸量。微晶分子筛粒径、比表面积、酸量随水硅比的增加呈先增加后减少的趋势，当水硅比为 80 时合成产物为无定形二氧化硅。催化裂解性能研究表明，当水硅比为 30 时，所得 MC Sn-ZSM-5 裂解性能最佳，与 Sn-ZSM-5 相比，正己烷转化率提高 8.2%，三烯收率提高 4.8%，选择性稳定在 70.0% 左右，主要是因为微晶分子筛具有较多酸量，有利于正己烷转化；与 Al-ZSM-5 相比，MC30 Sn-ZSM-5 结焦率减少 7.6% （连续运行 5 h），微晶分子筛引入了介孔，利于反应物及产物扩散，降低结焦。