技术| 如果不知道这九类固体酸催化剂,别说你懂催化剂!

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技术| 如果不知道这九类固体酸催化剂,别说你懂催化剂!

以固体酸替代液体酸作为催化剂是实现环境友好催化新工艺的一条重要途径,在石油化工领域的生产过程中涉及的催化反应几乎有一半可使用这类催化媒质。今天小七为大家介绍九类固体酸催化剂及再生。

 

九类固体酸催化剂

 

1
固载化液体酸(如:HF/Al2O3、BF3/Al2O3)

 

将液体酸固载后使用,一定程度上解决了催化剂的分离问题,但反应过程中活性组分会不断流失,催化剂使用寿命短。此外,严重的腐蚀问题也难以解决。

 

2
氧化物(如:Al2O3、Al2O3-SiO2)

 

简单氧化物酸的主要来源是表面羟基和暴露的金属离子,这分别相当于液体酸中的B酸和L酸。

 

3
硫化物(如:CdS、ZnS

 

微孔复合金属硫族化合物在催化、离子交换等方面具有很高的应用价值,而且因其独特的光电性能,在半导体、光电导体、非线性光学等方面具有应用前景

 

4

金属盐(如:硫酸盐、磷酸盐)

 

硫酸盐和磷酸盐通常用作酯化反应的酸性催化剂。

 

5

沸石分子筛(如:ZSM-5分子筛、Y分子筛)

 

 

沸石分子筛固体酸是工业催化剂的重要种类,具有高的酸强度和催化活性,如图8-13所示,分子筛固体酸广泛应用于石油化工以及精细化工领域。

6

杂多酸(如:H3PW12O40H4SiW12O40

 

 

由不同种类的含氧酸根阴离子缩合形成的称为杂多阴离子,其酸称为杂多酸。如图3-17所示,具有Keggin结构的杂多酸是最常用的杂多酸型催化剂,广泛应用于酯化、烷基化、酯交换及烯烃环氧化等类型的反应。

 

7
阳离子交换树脂

 

阳离子交换树脂作为固体酸催化剂具有活性高、选择性好、易分离、可再利用及低腐蚀等优点,但由于使用允许温度较低、价格较高而受到局限。

 

8
天然粘土矿(如:高岭土、膨润土)

 

天然粘土具有丰富的正离子交换能力,可方便地经酸处理转化为有效的酸催化剂,但无法克服高温下物理塌陷的缺点。

 

9

固体超强酸(如:SO42-/ZrO2WO3/ZrO2

 

 

SO42-/MxOy型固体超强酸是一种经典的固体酸,如上图所示,它是以某种金属氧化物(MxOy)为载体,以SO42-为负载物的固体催化剂。

 

SO42-/MxOy型固体超强酸具有以下优点:

 

 对水稳定性很好

 

 其表面吸附的SO42-与载体表面结合很稳定,即使水洗也不易除去

 

 能在高温下使用

 

☆ 其腐蚀性很小

 

理想的固体酸催化剂应具备以下性能:

 

(1)对不同的反应能够提供合适的酸强度;

 

(2)一般液体酸催化剂的反应温度较低,要求取代液体酸的固体酸催化剂具有良好的低温活性;

 

(3)在非均相反应中,要求固体酸催化剂具有相应的孔径和孔分布,便于原料和产物的扩散,防止炭化和提高催化剂寿命。

 

固体酸催化剂的失活及再生

 

1
固体酸催化剂失活的原因

 

 中毒

 

 烧结失活

 

☆ 积炭、结焦

 

2
催化剂中毒

 

1可逆中毒:毒物在活性中心上吸附或化合时,生成的键强度相对较弱,可以采用适当的方法除去毒物,使催化剂活性恢复而不会影响催化剂的性质,这种中毒叫做可逆中毒或暂时中毒;

 

2不可逆中毒:毒物与催化剂活性组分相互作用,形成很强的化学键,难以用一般的方法将毒物除去使催化剂活性恢复,这种中毒叫不可逆中毒或永久中毒;

 

3选择中毒: 催化反应过程中有时可以观察到,一个催化剂中毒之后可能失去对某一反应的催化能力,但对别的反应仍具有催化活性,这种现象称为选择中毒。

 

3
固体酸催化剂常用的再生方法

 

   蒸汽处理

 

  空气处理

 

  ☆ 通入氢气或不含毒物的还原性气体

 

  ☆ 用酸碱处理

 

固体酸催化剂的研制目前已经形成了独立的体系,期待在不远的将来由液体酸催化的反应均可以被固体酸催化剂所取代并实现工业化生产,传统的液体酸催化工艺逐渐淘汰,从而实现绿色环保的高效益的可持续化的工业化生产。