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固體酸催化劑
鎖定
- 中文名
- 固體酸催化劑
- 特 點
- 一類重要催化劑
- 功能來源
- 催化活性的酸性部位
- 性 質
- 酸中心、酸強度和酸度
固體酸催化劑性質
與固體酸的催化行為有重要關係的性質是酸中心、酸強度和酸度。
①表面上的酸中心可分為B-酸與L-酸(見酸鹼催化劑),有時還同時存在鹼中心。可用下式示意地表示氧化鋁表面上的酸中心的生成:
SiO2-Al2O3的酸中心模型 (見圖)有多種模式。
固體酸催化劑應用
在同一固體表面上通常有多種酸強度不同的酸中心,而且數量不同,故酸強度分佈也是重要性質之一。由某些固體酸的酸強度範圍,可知SiO2-Al2O3、B2O3-Al2O3等均有強酸性,其酸強度相當於濃度為90%以上的硫酸水溶液的酸強度。不同的催化反應對催化劑的酸強度常有一定的要求,例如在金屬硫酸鹽上進行醛類聚合、丙烯聚合、三聚乙醛解聚、丙烯水合,有效催化劑的酸強度範圍分別為H0≤3.3,H0≤1.5,H0≤-3,-3<H0<+1.5。在同類型的催化劑上進行同一反應時,催化活性與催化劑的酸度有關,例如在SiO2-Al2O3上異丙苯裂解,催化活性與催化劑的酸度有近似的線性關係。固體催化劑絕大多數為多孔物質,除應考慮其表面的酸功能外,還必須考慮孔隙構造對反應物的擴散及傳熱過程的影響。例如對於烴類反應,設計了許多具有規整孔結構的固體酸催化劑,如具有管狀和籠狀孔道的分子篩催化劑,具有層疊結構的半晶態的鋁硅酸鹽或硅酸鹽催化劑。
固體酸催化劑製造
固體酸催化劑種類繁多,製造方法各異。舉例如下:①天然黏土催化劑的製造。早期用天然黏土製造石油催化裂化催化劑,是將黏土用酸處理,然後水洗、乾燥製成。酸處理的作用是除去金屬雜質離子,暴露硅-鋁骨架結構,並用氫離子替代原有的鈉、鈣等陽離子。②合成的混合氧化物的製造。最有代表性的是石油催化裂化用的無定形硅酸鋁催化劑,可用分步沉澱法、共沉澱法或混合法製造。工業生產多用分步沉澱法,在水玻璃溶液中加入H2SO4製成SiO2水凝膠漿料,經老化製成適於充當催化劑骨架的凝膠結構。然後在漿料中加Al2(SO4)3溶液,再用氨水使鋁沉積於SiO2水凝膠上。過濾,濾餅加水製成漿液,噴霧乾燥成微球,然後反覆洗滌除去Na2SO4等雜質,最後乾燥。③分子篩催化劑的製造。在無定形硅-鋁膠漿液中摻入稀土交換後的Y型分子篩,噴霧乾燥、洗滌、再幹燥即得分子篩裂化催化劑(見分子篩催化劑)。④半合成催化劑的製造。在上述分子篩催化劑上,加入一部分高嶺土與硅鋁凝膠作載體,製成的催化劑,稱為半合成催化劑。近年來改用硅溶膠、鋁溶膠作為黏結劑,將稀土-Y型分子篩、高嶺土黏結制成了新一代的半合成裂化催化劑。⑤潤載型固體酸催化劑的製造。將H3PO4水溶液與硅藻土混合、乾燥、磨粉、混捏、乾燥後製得成品,可用於苯的烷基化制乙苯、異丙苯,亦可用於烯烴的疊合、水合等。