固体酸催化剂：酸碱催化中的神秘武器

固体酸催化剂：酸碱催化中的神秘武器

优秀文献 固体酸催化剂 酸碱催化剂中一类重要的催化剂。催化功能来自于固体表面具有催化活性的酸性位，称为酸中心。它们大多为非过渡元素的氧化物或混合氧化物，其催化性能与含有过渡元素的氧化物催化剂不同。该类催化剂广泛应用于离子机理的催化反应，种类较多（见表）。此外，还有负载型固体酸催化剂，即将液体酸担载在固体载体上而成，如固体磷酸催化剂。 中文名 固体酸催化剂 特性 重要催化剂类型 功能来源 催化活性的酸性位 性质 酸中心、酸强度和酸性 对固体酸催化行为重要的性质有酸中心、酸强度和酸性。 ①表面的酸中心可分为B-酸和L-酸（见酸碱催化剂），有时碱中心也同时存在。 氧化铝表面酸中心的形成可以用下式示意表示：红外光谱研究表明，经800℃煅烧的γ-Al2O3表面可出现5种类型的羟基，对应5种酸强度不同的酸中心。混合氧化物表面的酸中心多是由组分氧化物的金属离子的价数或配位数不同而形成的。SiO2-Al2O3的酸中心模型有多种模式（见图）。②酸强度。可用酸强度函数0来表示固体酸的酸强度，数值越小，酸强度越高。

③酸性，以单位重量或单位表面积上酸中心的个数或毫摩尔数来表示，也叫酸度。 2.在同一固体表面上通常有多个不同酸强度的酸中心，且数目不同，因此酸强度分布也是重要性质之一。从一些固体酸的酸强度范围可以看出，SiO2-Al2O3、B2O3-Al2O3等均属强酸性，其酸强度相当于浓度90%以上的硫酸水溶液的酸强度。不同的催化反应对催化剂的酸强度往往有一定的要求。例如在金属硫酸盐上进行醛的聚合、丙烯的聚合、三聚醛的解聚、丙烯的水合反应中，有效催化剂的酸强度范围为0≤3.3、0≤1.5、0≤-3、-3 0+1.5。在同一种类型的催化剂上进行同一反应时，催化活性与催化剂的酸性有关。 例如在SiO2-Al2O3上异丙苯的裂解中，催化活性与催化剂的酸性呈近似线性关系。大多数固体催化剂都是多孔材料，除了考虑其表面的酸性作用外，还必须考虑孔结构对反应物扩散和传热过程的影响。例如，对于烃类反应，已经设计出许多具有规则孔结构的固体酸催化剂，如具有管状和笼状通道的分子筛催化剂，具有堆叠结构的半结晶铝硅酸盐或硅酸盐催化剂。

3、固体酸催化剂种类繁多，制造方法各异。例如： ①天然粘土催化剂的制造。早期用天然粘土制造石油催化裂化催化剂，将粘土用酸处理，然后洗涤、干燥。酸处理的作用是除去金属杂质离子，露出硅铝骨架结构，将原来的钠、钙等阳离子用氢离子取代。 ②合成混合氧化物的制造。最具代表性的是用于石油催化裂化的非晶态铝硅酸盐催化剂，可用分步沉淀法、共沉淀法或混合法制造。工业生产常采用分步沉淀法，在水玻璃溶液中加入H2SO4制成SiO2水凝胶浆料，陈化制成适合作为催化剂骨架的凝胶结构。然后在浆料中加入Al2(SO4)3溶液，再用氨水将铝沉积在SiO2水凝胶上。 过滤，将滤饼加水制成浆液，喷雾干燥成微球，再反复洗涤，除去等杂质，最后干燥。③分子筛催化剂的制造。将稀土交换的Y型分子筛加入无定形硅铝浆液中，喷雾干燥、洗涤，再干燥，即得分子筛裂化催化剂（见分子筛催化剂）。④半合成催化剂的生产。在上述分子筛催化剂中加入部分高岭土和硅铝胶作载体，制成的催化剂称半合成催化剂。近年来，人们又用硅溶胶、铝溶胶作粘结剂，将稀土-Y型分子筛与高岭土粘结，制成新一代半合成裂化催化剂。⑤湿负载型固体酸催化剂的生产。 将H3PO4水溶液与硅藻土混合，经烘干、研磨、混捏、干燥后得成品，可用于苯烷基化生产乙苯、异丙苯，也可用于烯烃的叠加、水合。