工业催化论文

工业催化技术论文

固体酸催化剂的制备及应用研究

***—应用化工1224

摘要：

根据课本所学，结合资料，简单介绍固体酸催化剂的催化作用、制备及应用。 催化剂加快化学反应速度，降低活化能，提高产率，在工业生产中占有重要地位。酸性催化剂在石油化工及其他工业领域中更是起着关键性的作用。而早期使用的液态酸催化剂有诸多缺陷，如：易引起副反应，产生有毒产物，污染环境，易腐蚀设备，分离困难，能耗高，且催化剂不易回收。随着绿色化学的发展，和人们环保意识的增强，也为了克服液态酸催化剂的弊端，自20世纪40年代以来，人们就在不断地寻找可以代替液体酸的固体酸催化剂。

关键词：固体酸，固体酸催化剂的催化作用，制备，应用，展望

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目录

引言................................................................ 3 一、固体酸定义分类.................................................. 3

1、固体酸 ....................................................... 3 2、固体酸的分类 ................................................. 3 二、固体酸的催化作用................................................ 3

1、为了说明固体酸的催化作用，常需要区分B酸中心和L酸中心： ..... 3 2、酸位的性质与催化作用关系 ..................................... 4 3、酸强度与催化活性和选择性的关系 ............................... 4 4、酸量（酸浓度）与催化活性的关系 ............................... 4 三、固体酸的制备.................................................... 4

1、 天然粘土催化剂的制造 ....................................... 5 2、 合成的混合氧化物的制造 ..................................... 5 3、 分子筛催化剂的制造 ......................................... 5 4、 半合成催化剂的制造 ......................................... 5 5、 润载型固体酸催化剂的制造 ................................... 5 四、固体酸的应用.................................................... 5

1、固体酸催化剂及其应用 ......................................... 5 2、展望 ......................................................... 6 参考文献............................................................ 7 致谢 ............................................................... 8

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引言

在石油炼制和石油化工中，酸碱催化剂占有重要的地位。烯烃的催化异构化，芳烃和烯烃的烷基化，烯烃和二烯烃的齐聚、共聚和高聚，烯烃的水合制醇、醇的催化脱水等反应都是在酸性催化剂的作用下进行的。早期，酸碱催化剂多为液体，随着化工催化技术的发展，人们环保意识的加强，环保呼声的日益高涨，可持续发展的观念深入人心，自20世纪40年代以来，人们就在不断地寻找可以代替液体酸的固体酸。如今，工业上应用的酸性催化剂多数是固体酸。固体酸克服了液体酸的缺点，具有容易与液相反应体系分离、不腐蚀设备、后处理简单、很少污染环境、选择性高、催化能力强等特点，可在较高温度范围内使用，扩大了热力学上可能进行的酸催化反应的应用范围。

一、固体酸定义分类

1、固体酸：一般认为是能够化学吸附碱的固体，也可以了解为能够使碱性指示剂在其上面改变颜色的固体。固体酸又分为布朗斯特（Brφnsted）酸和路易斯（Lewis）酸。前者简称为B酸，后者简称为L酸。根据布朗斯特（Brφnsted）和路易斯（Lewis）的定义：能够给出质子或者能够接受质子对的固体谓之固体酸。

2、固体酸的分类

（1）、天然粘土类：高岭土，膨润土，活性白土，蒙脱土，天然沸石 （2）H2SO4，H3PO4等液体酸浸润于载体上，载体为SiO2，Al2O3，硅藻土等 （3）阳离子交换树脂

（4）活性炭在573K下经热处理

（5）金属氧化物和硫化物：Al2O3，TiO2，CeO2，V2O5，MoO3，WO3，CdS, EnS （6）金属盐：MgSO4，SnSO4，ZnSO4，NiSO4，Bi(NO3)，AlPO4，TiC2，BaF2等

（7）复合氧化物：SiO2-Al2O3，SiO2-ZnO2，Al2O3-MoO3，杂多酸，合成分子筛

二、固体酸的催化作用

1、为了说明固体酸的催化作用，常需要区分B酸中心和L酸中心：

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酸强度通常用Hammeett函数H0表示，定义如下 ： 若一固体酸表面能够吸附一未解离的碱，并且将它转变为相应的共轭酸，且转变是借助于质子自固体酸表面传递于吸附碱。H0越小酸度越强。

酸量：固体表面上的酸量，通常表示为单位重量或单位表面积上酸位的毫摩尔数，即m mol/wt或 m mol/m2。酸量也叫酸度，指酸的浓度。

固体酸强度的测定方法主要有用指示剂指示的胺滴定发和气态碱吸附法、脱附法。

2、酸位的性质与催化作用关系

酸催化的反应，与酸位的性质和强度密切相关。（影响酸位因素主要有：二元氧化物的组成、制备方法和预处理的温度）

①大多数的酸催化反应是在B酸位是进行的。如：烃的骨架异构化反应，二甲苯的异构化，甲苯和乙苯的歧化，异丙苯的脱烷基化，正己烷的裂化等反应。

②各种有机物的乙酰化反应要用L酸位的催化。通常采用AlCl3、FeCl3等典型的L酸。

③有的反应，如烷基芳烃的歧化，不仅要求在B酸位上发生，而且要求非常强的B酸（Ho< -8.2）。有的反应随着催化剂的酸强度的不同，发生不同的转化。

④催化反应对固体酸催化剂酸位的依赖关系是复杂的，有的反应要求L酸位和B酸位在催化剂表面临近处共存时才进行。

3、酸强度与催化活性和选择性的关系

固体酸表面，不同酸强度的部位有一定的分布，不同酸强度的部位可能有不同的催化活性。固体酸催化剂表面上存在着一种以上的活性部位，着就是它们的选择特性所在。

4、酸量（酸浓度）与催化活性的关系

诸多实验表明，固体酸催化剂表面上的酸量与其催化活性有明显的关系。在酸强度一定的范围内，催化活性与酸量之间，或呈线性关系，或呈非线性关系。

三、固体酸的制备

固体酸催化剂种类繁多，制造方法各异，尽管原料与用量完全一样，但所制

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得的催化剂性能任然可能有很大的差异。因为工业催化剂制备过程比较复杂，许多微观因素控制困难，且催化剂生产技术高度保密。

目前工业上使用的固体催化剂的制备方法有：沉淀法、浸渍法、机械混合法、离子交换法、熔融法等

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，是将粘土用酸处理，然后水洗、干燥制成。酸处理的作用是除去金属杂质离子,暴露硅-铝骨架结构,并用氢离子替代原有的钠、钙等阳离子。

2、合成的混合氧化物的制造。最有代表性的是石油催化裂化用的无定形硅酸铝催化剂，可用分步沉淀法、共沉淀法或混合法制造。

工业生产多用分步沉淀法，在水玻璃溶液中加入H2SO4制成SiO2水凝胶浆料,经老化制成适于充当催化剂骨架的凝胶结构。然后在浆料中加Al2(SO4)3溶液,再用氨水使铝沉积于SiO2水凝胶上。过滤,滤饼加水制成浆液,喷雾干燥成微球,然后反复洗涤除去Na2SO4等杂质，最后干燥。

3、分子筛催化剂的制造。在无定形硅-铝胶浆液中掺入稀土交换后的Y型分子筛，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、半合成催化剂的制造。在上述分子筛催化剂上，加入一部分高岭土与硅铝凝胶作载体，制成的催化剂，称为半合成催化剂。近年来改用硅溶胶、铝溶胶作为粘结剂，将稀土-Y型分子筛、高岭土粘结制成了新一代的半合成裂化催化剂。

5、 润载型固体酸催化剂的制造。将H3PO4水溶液与硅藻土混合、干燥、磨粉、

混捏、干燥后制得成品，可用于苯的烷基化制乙苯、异丙苯，亦可用于烯烃的叠合、水合等。

四、固体酸的应用

1、固体酸催化剂及其应用

（1）、在催化酯化方面中的应用

催化酯化乙酸乙酯

催化酯化乙酸异戊酯（香蕉油） 催化酯化阿司匹林等

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（2）、在石油工业方面中的应用 裂解

醚化反应 烯烃聚合、醇水合

解聚、歧化、烷基化、缩合、重排、

固体酸催化剂及其应用

2、展望

与液体酸相比，固体酸的低腐蚀性、易于产品分离、能循环使用、回收简单、易活化、对环境友好、制备与存储相对比较容易的特点是一大优势。另一方面，在催化反应中，催化能力强，选择性高。这些优点均显示了固体酸催化剂的广阔

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应用前景。

随着计算化学的发展和计算机处理技术正在日益巧妙的运用到固体酸催化及的设计和合成，可预测更多高性能的固体酸催化剂将会诞生，最终将实现高效、清洁的化工生产。

参考文献

《固体酸催化剂》赵世宣

《工业催化技术》于清跃、李冬燕 7

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致谢

感谢***老师一个学期以来的《工业催化技术》的指导学习和在生活上的关心。也感谢各位同学们在学习和生活上对我的帮助。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/8dxv.html