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固体酸催化剂

酸碱催化剂中的一类重要催化剂，催化功能来源于固体表面上存在的具有催化活性的酸性部位，称酸中心。它们多数为非过渡元素的氧化物或混合氧化物，其催化性能不同于含过渡元素的氧化物催化剂。这类催化剂广泛应用于离子型机理的催化反应，种类很多（见表）。此外，还有润载型固体酸催化剂，是将液体酸附载于固体载体上而形成的，如固体磷酸催化剂。
中文名
固体酸催化剂
功能来源
催化活性的酸性部位

特 点
一类重要催化剂
性 质
酸中心、酸强度和酸度

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与固体酸的催化行为有重要关系的性质是酸中心、酸强度和酸度。
①表面上的酸中心可分为B-酸与L-酸（见 酸碱催化剂），有时还同时存在碱中心。可用下式示意地表示氧化铝表面上的酸中心的生成：
　 红外光谱研究表明，800℃焙烧过的 γ-Al2O3表面可有五种类型的羟基，对应于五种酸强度不等的酸中心。混合 氧化物表面出现酸中心，多数是由于组分氧化物的金属离子具有不同的化合价或不同的 配位数形成的。
SiO2-Al2O3的酸中心模型 (见图)有多种模式。
②酸强度，可用哈梅特酸强度函数 0来表示固体酸的酸强度，其值愈小，表示酸强度越高。③酸度，用单位重量或单位表面积上酸中心的数目或毫摩尔数来表示，又称酸度。
2 应用
在同一固体表面上通常有多种酸强度不同的酸中心，而且数量不同，故酸强度分布也是重要性质之一。由某些固体酸的酸强度范围,可知SiO2-Al2O3、B2O3-Al2O3等均有强酸性,其酸强度相当于浓度为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常有一定的要求，例如在金属硫酸盐上进行醛类聚合、 丙烯聚合、 三聚乙醛解聚、丙烯水合,有效催化剂的酸强度范围分别为 0≤3.3, 0≤1.5， 0≤-3，-3< 0<+1.5。在同类型的催化剂上进行同一反应时, 催化活性与催化剂的酸度有关，例如在SiO2-Al2O3上异丙苯裂解，催化活性与催化剂的酸度有近似的 线性关系。固体催化剂绝大多数为多孔物质，除应考虑其表面的酸功能外，还必须考虑孔隙构造对 反应物的扩散及 传热过程的影响。例如对于

烃类反应，设计了许多具有规整孔结构的固体酸催化剂，如具有管状和笼状孔道的分子筛催化剂，具有层叠结构的半晶态的铝硅酸盐或硅酸盐催化剂。
3 制造
固体酸催化剂种类繁多，制造方法各异。举例如下：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。

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