固体超强酸催化剂

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1、固体超强酸催化剂超强酸是比100%的硫酸还要强的酸，其Hammett函数H0<-11.93(100%硫酸的H0为-11.93)，可分为固态和液态。固体超强酸和液体超强酸相比，有容易与反应物分离，可重复使用，不腐蚀反应器，减少催化剂公害，催化剂有良好的选择性等优点。在催化反应中，固体超强酸对烯烃双键异构化、醇脱水、烯烃烷基化、酸化、醋化等都显示出较高的活性。这种催化剂不腐蚀设备，不污染环境，催化反应温度低，制备简便，有广泛的应用前景。固体超强酸是近年来发展的一种新型催化材料，对许多化学反应有较好的催化活性、选择性

2、及重复使用性能。　  固体超强酸是近年来研究与开发的一种新型固体酸催化剂，随着人们对固体超强酸不断深入研究，催化剂的种类也从液体含卤素超强酸发展为无卤素固体超强酸、单组分固体超强酸、多组分复合固体超强酸。无论是催化剂的制备、理论探索、结构表征，还是工业应用研究都有了新的发现，固体超强酸由于其特有的优点和广阔的工业应用前景，已受到国内外学者广泛关注，成为固体酸催化剂研究中的热点。1.    催化性能1.1饱和烃的异构化反应饱和烃类分子如正丁烷、戊烷较稳定，不易发生反应。如用100%硫酸作催化剂，室温下不会发生反应

3、，但用SbF5SiO2-Al2O3固体超强酸却能使丁烷发生反应，主要产物为异丁烷。  nC5H12    SbF5SiO2-Al2O3    异戊烷1.2氧化反应SO42--Fe2O3能在室温下使丁烷异构化。但在100℃以上用脉冲法进行反应时，只发生氧化反应但是，单用Fe2O3作催化剂，即使反应温度为300℃丁烷也不发生反应。1.3阴离子聚合反应烷基乙烯基醚的聚合反应是阴离子聚合反应，可用烷基金属化合物或Ziegler型催化剂。但是SO42--Fe2O3对此反应有极高的反应活性。如异丁基乙烯基醚用SO42--F

4、e2O3作催化剂，在0℃能很快发生聚合反应。甲基乙烯基醚和乙基乙烯基醚在该催化剂存在下以甲苯作稀释剂也能在低温（零度或零度以下）下高速聚合。1.4烷基化反应Al2O3在600-650℃灼烧3h，再在300-400℃下通2-3hTaF5,制成吸附型催化剂，室温时苯与乙烯发生烷基化反应，生成78.5%的乙基苯和21.5%的二乙基苯。苯的转化率为，用石墨负载BF3作催化剂，苯与氟代丁烷在室温发生烷基化反应，5min后转化率达100%。用吸附BF3的离子交换树脂作催化剂，异构烷烃和烯烃发生烷基化反应。1.5酯化反应由于

5、固体超强酸在催化有机合成中不仅具有非常高的活性，而且防水性好，耐高温，制备方便,因此在工业生产中很有应用前景。乳酸+正丁醇            乳酸正丁酯乳酸正丁酯的收率高达97%，其催化性能远高于分子载体FeCl3路易斯酸。2.固体超强酸催化剂的研究现状自报道了首例MXOY/SO42-型固体超强酸以来，由于其能在较温和的条件下活化酸催化反应，还具有选择性高，副反应少，易和反应物分离，对设备不腐蚀，可重复使用，废催化剂处理简单，对环境污染少等优点，而迅速成为催化剂领域中的研究热点，如SO42-/ZrO2、SO

6、42-/Fe2O3、Al2O3/SO42-，并代替传统的酸催化剂广泛应用于有机反应中。同时，复合型固体超强酸催化剂更被人们所关注复合结果是进一步提高固体超强酸的酸强度，引入其他元素的催化特性并使其综合性能更加优化，从而具有更高的应用价值。2.1单组分固体超强酸的研究2.1.1锆系固体超强酸用SO42-/ZrO2为催化剂，催化合成马来酸单糠醇酯，还可以。将SO42-/ZrO2用于催化苯甲醛与乙酸酐的缩醛反应。用于异丁烷/(异)丁烯烷基化反应的物质主要以ZrO2、TiO2和SiO2等氧化物作载体，通过浸渍硫酸和磷酸

7、等无机酸制得。其中报道较多的是SO42-/ZrO2和S2O82-/ZrO2。在适当的条件和SO42-/ZrO2催化剂的作用下，丁烯的转化率可以达到100%，产物中C8组分达到80%以上。2.1.2铁系固体超强酸固体超强酸SO42-/Fe2O3为催化剂，可用来用苯和硝酸为原料合成硝基苯，收率达83.9%。而纳米固体超强酸催化剂SO42-/Fe2O3为催化剂时，甲苯硝化的区域选择性和活性提高。2.2多组分复合固体超强酸催化剂的研究在单组分固体超强酸催化剂的应用中，人们发现主要活性组分SO42-在反应中较易流失，特别

8、是在较高温度条件下容易失活。这类单组分固体催化剂虽然有较好的起始催化活性，但单程寿命较短，通过改性催化剂的载体，使催化剂能提供合适的比表面积、增加酸中心密度、酸种类型等作用。目前改性研究的方向主要有：以金属氧化物ZrO2、TiO2和Fe2O3为母体，加入其他金属或氧化物形成多组元固体超强酸；引入稀土元素改性；引入特定的分子筛及纳米级金属氧化物等。复合固体超强酸催化剂种类主要有复合其他金