固体酸催化剂及其催化作用：探索酸碱定义与分类的奥秘

固体酸催化剂及其催化作用：探索酸碱定义与分类的奥秘

固体酸催化剂及其催化作用，4.1固体酸简介 4.1.1固体酸和碱的定义 (1)定义： 能放出质子的固体叫固体酸（B酸） 能接受质子的固体叫固体碱（B碱） (2)Lewis定义： 能接受电子对的固体叫固体酸（L酸） 能放出电子对的固体叫固体碱（L碱） L酸又叫非质子酸 按照L酸的定义： 阴离子都是L碱；阳离子都是L酸。 4.1.2固体酸的分类，L酸碱理论是广义的酸碱理论。任何化合物都可以看作能与酸和碱发生反应的物种，或者任何化合物中都有兼具酸碱性的组分。其他学科对酸和碱的定义有很多种。 Lux-Flood的定义这个定义是1939年由德国化学家提出的，1947年左右得到进一步的修订，现在主要用于现代熔盐地球化学和电化学研究中。在这个定义中，酸被定义为氧离子受体，碱是氧离子供体。例如：MgO(碱)+CO2(酸)(碱)+SiO2(酸)(碱)+S2O72(酸)NO2+2SO42、4.1.3固体酸强度函数H0的定义，酸强度表示给出质子的能力：强酸不仅能和强碱反应，也能和弱碱反应，而弱酸只能和强碱反应，不能和弱碱反应。用一系列不同强度的碱，检查固体酸是否与其反应，从而知道固体酸的相对强度。 指示剂和催化剂表面反应后是酸性还是碱性，取决于浓度比B+H+=HB+或：B+L=BL，取对数：，定义：，则：，酸强度函数H0表征固体的酸强度，H0B固体酸能与指示剂发生碱性反应：固体酸的酸性强于指示剂的酸性，催化剂的pKa的H0值越低，酸性越强。将一系列指示剂按pKa大小顺序排列，依次与某种固体酸反应，找出固体酸的酸强度范围。例如某种固体酸可以改变蒽醌（pK=-8.2）指示剂的颜色，但不能改变间硝基甲苯（pK=-11.9）的颜色，该固体酸的酸强度为-11.9。（2）阳离子对分子筛催化性能的影响。 天然或合成分子筛的阳离子多为Na（K），用H+取代Na+或K+后，为酸性催化剂，与其它过渡金属离子交换后，即得金属（氧化还原）催化剂。4.2.3、分子筛酸性中心的形成分子筛中B酸中心的来源：铵沸石分解产生的多价阳离子水合解离。（1）铵沸石分解。Na型分子筛与NH4交换，得到铵型分子筛。经300℃加热后，氨分解，得到表面有B酸中心的H型分子筛。在更高温度（500℃）加热时，分子筛脱去H2O，露出配位不饱和的Al3+，原来的两个B酸中心转化为一个L酸中心。 耐酸性强的分子筛，如ZSM-5、丝光沸石等，可直接与稀盐酸进行质子交换。（2）多价阳离子的水合解离。 Na型分子筛与多价阳离子（Ca2+、Mg2+、La3+）交换后，多价阳离子水合解离，生成B酸和L酸中心稀土离子半径小，电荷高，对水的极化作用较大，能产生更多更强的酸中心（H0-14），因此，稀土分子筛是一种强固体酸，4.2.4固体超强酸，比100%H2SO4酸强的称为超强酸1、含卤素的SbF5、TaF5、BF3、AlCl3、AlBr3等载体负载在SiO2、SiO2-Al2O3、SiO2-TiO2等载体上2、SO42-/MxOy型SO42-负载在ZrO2、Fe2O3、TiO2等载体上，形成双齿螯合物状物种，在含卤素超强酸中，存在大量的氧化物载体表面羟基与L酸介质 卤素化合物的吸电子能力很强，导致：载体表面羟基中的OH松散，成为超强B酸中心。载体表面L酸中心电子较缺，成为超强L酸中心。SO42-/MxOy型超强酸中S=O键为共轭共价双键，有较强的诱导作用，吸引MxOy的电子云，使My+电子较缺，成为超强L酸中心。超强L酸位吸水后，My+对OH中电子云有较强的吸引力，导致OH松散，成为超强B酸中心。图超强酸结构模型，4.2.5杂多酸简介，同种含氧酸分子间经脱水缩合形成的酸。 杂多酸是由不同的无机含氧酸缩合而成，形成钼酸根离子（MoO42-），在酸性条件下与磷酸根离子（PO43-）缩合，生成磷钼杂多酸：-+PO43-+27H++12H2O，杂多酸根-称为12-磷钼酸阴离子。 4.2.5.1杂多酸根的化学组成 杂原子X：P、V、Si、Ti、Sn、Al、Fe、Co等 配位（多）原子M：Mo、W、V、Cr等 O。当杂多酸中的H+被金属离子取代时，杂多酸根含有两个以上配位原子的，为混合杂多酸。 4.2.5.2杂多酸的晶体结构一个XO4或XO6与多个MO6以共面、共边或共顶点的方式连接，是结构类似分子筛的杂多酸，杂原子与多原子之比为1：1。2.中间一个杂原子PO4四面体，周围12个配位原子MoO6八面体以共顶点方式连接。4.2.6 其他固体酸性物质，粘土矿物，见硅铝酸性的形成。硫化物，见氧化物酸性的形成。金属硫酸盐和磷酸盐离子交换树脂。4.3 固体酸催化的反应及机理。4.3.1表面酸的种类及催化效果。不同的酸中心有不同的催化机理和催化反应。有的反应需要酸催化，有的反应需要酸催化，有的反应可以同时用两种类型的酸催化。 4.3.2固体酸催化的反应。固体酸催化的特点。中间产物由正碳离子形成，通过正碳离子可发生一系列反应：（1）裂解（2）重叠（3）氢转移反应（4）异构化反应（5）脱氢环化，4.5固体表面的酸性质及催化作用，4.5.1表面酸的种类及催化作用不同的酸中心具有不同的催化机理，催化不同的反应。有的反应需要酸催化，有的反应需要酸催化，有的反应可以同时用两种类型的酸来催化。例如各种有机物的乙酰化、脱水、脱氢，都需要典型的L-酸催化如AlCl3和FeCl3-Al2O3是乙醇脱水最有效的催化剂，反应是通过表面L-酸中心和碱中心的配合完成的。 乙醇首先与表面的L-酸中心生成乙氧基：O-|ll+乙氧基与相邻的OH基团脱水生成乙烯，而在较低温度和较大的乙醇分压下，两个乙氧基相互作用生成醚。大多数酸催化反应，如烃类裂解、异构化、烷基化等，都需要更强的B酸。异丙苯裂解反应主要发生在SiO2-Al2O3的酸中心上，SiO2-Al2O3经乙酸钠处理后，酸中心降低，对于异丙苯的裂解活性也明显降低。异丙苯裂解反应的速率与B酸的浓度有关，有些反应同时需要B酸中心和L酸中心。1、L酸中心的诱导作用：在异丙苯的裂解反应中，SiO2-Al2O3的L酸中心可以增强相邻B酸中心的强度和催化活性。 2、L酸中心与B酸中心有协同作用。用途：在重油加氢裂化催化剂Co-MoO3/Al2O3中，B酸中心有利于烃大分子的裂解，中等强度的L酸中心有利于加氢脱硫。4.5.2固体酸催化反应机理。固体酸催化的反应是按正碳离子机理进行的，反应的控制步骤是正碳离子的生成，酸碱催化反应机理为正碳离子反应机理。1、正碳离子的生成。 烯烃（芳烃）与催化剂的B酸中心反应，接受质子：RCH=CHR+H+RCH+CH2R 烯烃（芳烃）与L酸中心反应，得到氢阴离子：RCH=CHCH3+LRCH=CHC+H2+LHRCH-CH-CH2+ 烷烃与B酸或L酸中心作用得到氢阴离子：RH+H+R+H2RH+LR+LH 。 一级、二级、三级碳离子的稳定性顺序为：R3C+R2HC+RH2C+H3C+三级碳离子 二级碳离子 一级碳离子 甲基碳离子 。 碳离子的稳定性。二、 碳离子的反应：（1）裂解 （2）叠加 （3）氢转移反应 （4）异构化反应 （5）脱氢环化 1、裂解：由于碳离子的吸引，CC键电子云被最大程度地削弱，造成断裂RCH2C+=CH2+C+H2RC++=CH2+R。直链二级碳离子裂解得到-烯烃和一级碳离子。一级碳离子不稳定，迅速发生氢转移重排，是二级碳离子。-烯烃也可以重排为非烯烃。新的二级碳离子可以进行其他反应或继续断裂得到丙烯和另一个一级碳离子。一级碳离子可以发生氢转移重排和断裂，生成大量的丙烯，而不会生成乙烯。 2、叠加。 碳离子与烯烃发生叠加反应：CH3C+HCH3+CH2=+H3H+。CC键的形成可以通过叠加反应，也可以通过烷基化反应。3、氢转移反应。碳离子接受“氢供体”分子的一个H-生成烷烃，“氢供体”分子又变成一个新的碳离子：CH3C+HCH3++R+。“氢供体”分子可以是饱和烃、烯烃、环烷烃、环烯烃、焦炭前驱体等。4、异构化反应，碳正离子在分子内部还可以发生氢转移或烷基转移。 内部氢转移导致烯烃双键异构化：=CHCH3+H++=+H+氢转移+烷基转移导致烯烃或烷基芳烃的骨架异构化：CH3C++，烯烃双键中-碳原子上的氢负离子很容易被催化剂的L酸中心夺取，形成共振稳定的烯丙基碳正离子，烯丙基碳正离子脱氢生成二烯烃，二烯烃中双键-碳位置上的氢负离子更容易被L酸中心夺取，形成二烯烃碳正离子，二烯烃碳正离子再脱氢生成三烯烃，三烯烃很容易环化生成芳香族化合物。 5、脱氢环化反应，RCH=+LRCH=CHC+HCH3+LH脱氢-RCH-CH-CHCH3+烯丙基碳离子RCH=CH-CH=CH2+L+H2脱去H+生成二烯RC+HCH=CH-CH=CH2+LH脱去H-RCH=CH-CH=CH-CH=CH2脱去H+生成三烯环化生成芳烃。3、固体酸催化剂的失活与再生。固体酸催化剂失活的原因：中毒、结焦、堵塞。1、中毒引起失活。固体酸催化剂的活性中心是L酸和B酸。毒物是有机氮化合物和碱金属化合物。碱性物质（有机氮化合物或碱金属）在B酸中心上发生强烈的吸附，使质子酸中心的数量减少。 氮化合物中的孤对电子（L基）和催化剂的L酸中心结合，把L酸中心封闭起来。毒物分子的毒性与两个因素有关：（1）覆盖因子（2）吸附寿命因子。毒物分子一般尺寸较大，能覆盖更多的活性位点，毒物的吸附能力一般比反应物分子强，即使体系中毒物浓度很低，它们在催化剂表面聚集，仍能有效阻碍反应物分子的吸附，导致催化剂失活。2、结焦引起失活。结焦是酸性催化剂失活的主要原因，引起催化剂结焦的物质比催化剂毒物多得多。在以有机物为原料的催化反应中几乎都有可能发生结焦副反应，结焦会堵塞催化剂孔道。 烃类反应物在气相中或非催化表面生成焦油和碳，一般按自由基聚合或缩合机理进行，与反应温度有关。烃类经酸催化聚合生成结焦产物，催化剂酸性过强或反应物碱性强，均有利于结焦。富含芳烃和烯烃的原料易发生结焦。（2）催化结焦。 （1）非催化结焦。 3、再生。利用燃烧或蒸汽反应（）除去催化剂表面的积炭，使催化剂的活性和选择性恢复到原来的水平。 4、延缓失活和延缓中毒：除去原料中的碱性杂质以延缓结焦（l）除去反应原料中易结焦的组分（2）降低操作温度（3）使用载气（4）选择合适的催化剂。 第四节固体酸催化剂在石油化工中的应用，催化裂解，烷基化，异构化，择形催化，1.催化裂解，在催化剂作用下，催化裂解，大分子烃类裂解成较小分子的烃类，生产高辛烷值汽油和（C4、C5烯烃）有机合成原料。在催化裂解工业化之前，重质石油馏分制备轻质馏分主要依靠热裂解。与热裂解相比，催化裂解的反应速率要高得多，产品分布也有很大的区别。 热裂解机理，链式自由基机理：++CH2=CH2R++R+CH2=CHR，自由基的生成，烷烃失去一个氢原子生成一个自由基，碳碳键断裂成为两个自由基，反应中自由基断裂生成乙烯和较小的自由基，后者与烷烃反应生成新的烷烃和新的自由基，新的自由基断裂生成α-烯烃。在工业热裂解催化裂解条件下，裂解反应的速率很高，在不断的裂解过程中，原料烃最终转化为乙烯或低碳烯烃。1、催化裂解反应。催化裂解所用的催化剂是各种固体酸，一般认为该反应是通过正碳离子机理进行的，在催化裂解体系中，正碳离子的裂解是最基本的初级反应，然后在此基础上发生各种次级反应。 由于催化裂解反应原料比较复杂，按反应物的裂解活性分为：烯烃烷基化芳烃环烷烃异构烷烃正构烷烃。催化裂解中比较重要的二次反应（1）只有CH键参加反应：如氢转移、双键置换、环烷烃脱氢、烯烃饱和等（2）CH和CC都参与的反应：如烯烃叠加、芳烃缩合、烯烃骨架异构化、烯烃芳构化、烷基转移和烷烃歧化等，除环烷烃脱氢、芳烃缩合、烷基转移等反应外，二次反应都是通过烯烃或烯烃进行的。根据碳离子机理，一级碳离子不稳定，会重排到二级碳离子上，二级碳离子的断键过程会生成大量的丙烯，不会生成乙烯。 C++=CH2+R碳离子在断裂前还可能发生各种异构化或氢转移反应，导致催化裂解产物中异构化（烷）烃的数量较热裂解大大增加。催化裂解中的主要副反应是强酸中心上的积碳，碳离子不易脱附，经不断叠加或脱氢环化缩合，最终生成焦炭。 2.催化裂化催化剂，催化裂化催化剂是目前世界上用量最大的催化剂，它的发展可分为三个阶段1936年，首先采用酸洗天然粘土作催化剂20世纪40年代采用非晶态硅酸铝作催化剂，裂化效果好，但积碳率高50年代和60年代采用分子筛催化剂，汽油收率提高，但汽油中烯烃含量、辛烷值下降，分子筛催化剂，50s，HX分子筛60s，HY分子筛70s，REY分子筛，活性高80s，USY分子筛，水热稳定性高积碳率低，辛烷值高90s，复合分子筛，REUSY分子筛，裂化和氢转移活性高，降低汽油中烯烃，裂化催化剂催化剂的组成为：活性组分1545%：主要Y型分子筛基质60%：非晶态硅铝或高岭土+氧化铝+硅铝溶胶各种添加剂：辛烷值促进剂（ZSM-5）、金属钝化剂（Sb、Bi、Sn）、CO助燃剂（Pt）、SO2减排剂（Al2O3、MgO、RE2O3）等将各组份混合在一起，加粘结剂，打浆、喷涂成50m球形颗粒，其中包裹着15m分子筛结晶颗粒。分子筛的裂解活性比非晶态SiO2-Al2O3提高几千倍，最明显的提高是催化剂的选择性。和非晶态硅铝相比，分子筛的酸中心密度更大，孔内反应物浓度更高，正碳离子更易使分子筛发生双分子氢转移反应：R+RHRH+R+。 在烯烃异构化过程中，还会发生氢转移反应，使产品中异构烷烃的比例远远超过平衡值。二是烷基化反应，异丁烷与低碳（C3C5）烯烃的烷基化产物为支链烷烃，具有热值高、燃烧完全、抗爆性能好、辛烷值高、不含烯烃、蒸气压低等特点，是生产清洁汽油的理想组分，主要用作车用汽油的调和剂。丁烯异构化与叔碳正离子的生成：CH2==+CH3|正碳离子与另一烯烃分子反应：CH3|CH3C+CH3+CH3C=+CH3|，C8正碳离子夺取异丁烷叔碳原子的H-，成为C8异构烷烃：|+HCH3++CH3C+CH3| 新的三级碳离子重复上述反应。在烷基化过程中，中间C8碳离子还可能发生骨架异构化、叠加、裂解等反应。因此，烷基化油的组成相当复杂。一般用丁烯进行烷基化，产物中三甲基戊烷最多，辛烷值最高；用丙烯进行烷基化，产物中二甲基戊烷较多。在烷烃的烷基化反应中，正构烷的反应性较低，这与其碳离子的生成难度有关。 烷基化催化剂，传统的烷基化催化剂为液体酸催化剂：无水氯化铝、硫酸、氢氟酸、磷酸液体强酸固定化用固体酸催化剂，固体酸烷基化催化剂活化剂，固体酸催化剂的B酸和L酸中心的协同作用：B酸中心活化烯烃 L酸中心活化异丁烷 HX型、HY型及超稳Y型分子筛负载稀土、过渡金属、固体超强酸SO42-/ZrO2、Fe2O3等，既有B酸中心，又有L酸中心，是性能优良的烷基化催化剂。 采用固体酸作催化剂存在的主要问题是：原料的适应性，固体酸催化剂对不同烯烃的选择性不同，在强酸催化剂上难免发生缩合反应，大分子缩合产物吸附在固体表面造成催化剂失活，反应温度100℃，不能燃烧再生，抗毒性，酸损失等，Ⅲ.烷烃异构化的催化剂，烃类异构化是在不增加或减少分子内原子数的情况下，将原料分子重新排列成相应的异构体的反应。有烷烃异构化、烯烃异构化和二甲苯异构化。烷烃异构化多采用C4C6正构烷进行转化，而C7及C7正构烷在异构化过程中的反应率较低。 烷烃异构化主要目的是提高汽油辛烷值（重整提高80180馏程重质汽油，异构化油调整前端汽油辛烷值）。最早的异构化催化剂为CF型：如AlCl3-HCl、AlBr3-HBr或BF3-HF等。优点：活性高，在室温至90℃温度范围内，丁烷异构化接近平衡转化率缺点：结构稳定性差，腐蚀设备，用于戊烷、己烷异构化选择性差且积碳副反应明显增加。1.液体酸异构化催化剂，双功能加氢异构化催化剂超强酸硅铝酸盐分子筛，2.固体酸异构化催化剂，少量金属（Ni、Pt）负载在酸性氧化物上，在氢气条件下表现出明显的异构化能力。 该类催化剂兼有金属和酸催化的性质，所以称为双功能催化剂Pt//SiO2-/SiO2-/HY，（1）固体酸异构化催化机理，Pt/Al2O3-Cl、Pt/HM型催化剂，载体的酸性很强，正碳离子的生成和异构化反应都在酸性中心进行，金属的主要作用是防止催化剂结焦Pt/SiO2-Al2O3和Pt/HY型沸石催化剂，载体的酸性比较强。在氢气条件下，异构化通过双功能机理进行，金属中心催化烷烃脱氢生成烯烃，酸性中心催化烯烃的骨架异构化。（2）固体酸异构化催化剂的特点。优点：耐水性、抗氧化性、不会发生永久性失活。 缺点：反应温度较高，不利于平衡转化率，选择性差，产率低。2、酸强度与催化活性及选择性的关系。不同的反应需要不同强度的酸中心，如SiO2-Al2O3表面，强酸中心催化异构化反应，弱酸中心催化脱水反应。SiO2-Al2O3催化剂可催化丁醇脱水、异丁烯裂解、双键转移、丁苯裂解-3）SiO2-Al2O3（0-8）的弱酸中心不利于骨架异构化反应，裂解汽油辛烷值低，油品质量差。四、固体表面酸性的测定、固体酸类型的鉴别、固体酸强度的表征、固体酸酸性的测定、1、酸类型的鉴别。 最常用、最有效的方法是吡啶吸附红外光谱法，B酸中心与吡啶反应生成吡啶离子。-1L酸中心吸附吡啶形成配位化合物。-1利用吡啶吸收峰的位置和强度，可计算出B酸/L酸。另外还有色谱化学法，核磁共振法等。2、固体酸强度的测定。（1）指示剂吸附比色法：不同的指示剂在不同的pH值范围内，呈现不同的颜色。（2）碱性气体解吸法：固体酸的酸性越强，碱性气体越难解吸，用解吸活化能或解吸温度来表征。（3）量热法：固体酸和某种碱性物质反应时，酸性越强，放出的热量越多。 函数H0的定义：酸强度表示放弃质子的能力：强酸不仅能和强碱反应，而且能和弱碱反应，弱酸只能和强碱反应，不能和弱碱反应。用一系列不同强度的碱来检验固体酸是否和它们反应，即可知道固体酸的相对强度。指示剂和催化剂表面反应后是酸性还是碱性，取决于浓度比B+H+=HB+或：B+L=BL，取对数：，定义：，则：，酸强度函数H0表征固体的酸强度，H0B：固体酸能和指示剂发生碱性反应：固体酸的酸性强于指示剂的酸性，催化剂的pKa值越低，酸性越强。将一系列指示剂按pKa大小顺序排列，依次和某种固体酸反应，即可求出固体酸的酸强度范围。 例如固体酸能改变蒽醌（pK=-8.2）指示剂的颜色，但不能改变间硝基甲苯（pK=-11.9）的颜色。固体酸的酸强度为-11.9。H0-8.2H0也可表征L酸的强度，100%硫酸有H0=-11.9，H0-11.9为超强酸。3、固体酸量的测定：单位表面面积（单位质量）上的酸中心个数（mmol/m2或mmol/g）固体酸量的测定测定方法（1）非水溶剂酸碱滴定法（2）碱性气体吸附解吸法（3）红外光谱法，非水溶剂滴定法将固体酸粉末悬浮于非水溶剂（如苯）中，加碱性指示剂，用正丁胺滴定。 由于固体表面的不均匀性，可能同时存在不同强度的酸中心。用强碱指示剂测定酸中心的总数。用弱碱指示剂测定强酸中心的个数。用不同强度的碱指示剂测定酸强度分布。滴定法的优缺点。优点：可以测定酸强度分布。缺点：需要在非水溶液中进行。不能区分B酸和L酸。不能测量深色催化剂。不能测量分子筛小孔内表面的酸性。碱性气体解吸法。当温度升高时，弱酸中心处的吸附首先解吸。碱性气体最后从强酸中心解吸出来，得到固体表面的酸强度分布。解吸量检测：色谱法（NH3-TPD）、量热法、热重法。 特点：仪器操作简便、快速，关键在于检测气体脱附量的准确性。其他方法，红外透射光谱法、红外漫反射光谱法和氢核磁共振法都可以测量固体表面羟基的量及其强度。红外吡啶吸附峰的强度可以表征B酸和L酸的酸性。固体碱强度和碱量的测定与固体酸类似，主要利用酸性气体（如苯酚、吡咯）吸附滴定法。思考问题，为什么活性氧化铝（如-、-Al2O3）表面呈酸性，而惰性氧化铝（-Al2O3）表面无酸性？杂原子分子筛为什么可以作为双功能催化剂？,第三节 固体酸催化反应机理,固体酸催化的反应是按正碳离子机理进行的，反应的控制步骤是正碳离子的生成。 酸碱催化反应机制是碳离子反应机制，4.2.4分子筛的形状选择性催化，当反应物或产物分子的动力学半径与分子筛的孔径相当，与较小的反应剂的差异相比，相对于反应群的选择性较小。反应产物的用途：产品中的一些较大分子将被分解成小分子，或者转化为具有较小构型的异构体。 6nm）和产物分子从椭圆形的直孔（0.52nm0.58nm）中逸出，减少了后退扩散。 产生苯和二甲苯的热力学不相比的最有利的产物是M-木马，但在行业中需要的是p-的固体酸性催化剂。 LY提高了二甲苯的选择性。接近多价阳离子，可以诱导反应分子。 4.3固体超酸的酸度源比100％H2SO4强。要形成类似于含卤素的超酸的螯合物的物种，在氧化物载体和L酸中心的表面上有大量羟基。 L酸中心在载体的表面上更缺乏电子，成为SO42-/MXOY型超酸的S = O键。 H中的电子云具有强烈的吸引力，导致OH松开并成为杂质酸的超强B酸中心。 ions (MoO42-) and ions (PO43-) under to form acids: -+PO43-+27H++12H2O acid - are 12- acid . 4.4.1 of acid . X: P, V, Si, Ti, Sn, Al, Fe, Co, etc. () atoms M: Mo, W, V, Cr, etc. O In acids, H+ is by metal ions, which means that the acid more than two kinds of4.4.2 of acid: one XO4 or XO6 is with MO6 in a , co-edge or co- . 与分子筛的结构相似的杂酸具有1:12的多原子的比例。具有复合物和金属氧化物的特征，或者是合法的金属元素，可变价可用于均质或异质性催化杂酸的大小很大，高度对称，并且与质子具有弱结合力。 因此，杂质酸的酸性比相应的无机酸（例如H3PO4等）更强。因此，酸性反应，含有有机氧的化合物（酒精脱水，羧酸分解）在异质酸相中大多在催化反应中进行。酸分子。目前，固体杂酸具有均匀催化反应的特征，就像浓缩溶液一样，这被称为“伪液相”。 反应物的结构变异性和酶催化剂的一定特征。用作多相或液相氧化还原催化剂，例如异丁醛对甲基丙烯酸的一步氧化。