固體酸催化劑

酸堿催化劑中的一類(lèi)重要催化劑，催化功能來(lái)源于固體表面上存在的具有催化活性的酸性部位，稱(chēng)酸中心。它們多數(shù)為非過(guò)渡元素的氧化物或混合氧化物，其催化性能不同于含過(guò)渡元素的氧化物催化劑。這類(lèi)催化劑廣泛應(yīng)用于離子型機(jī)理的催化反應(yīng)，種類(lèi)很多（見(jiàn)表）。此外，還有潤(rùn)載型固體酸催化劑，是將液體酸附載于固體載體上而形成的，如固體磷酸催化劑。

1性質(zhì)與固體酸的催化行為有重要關(guān)系的性質(zhì)是酸中心、酸強(qiáng)度和酸度。
①表面上的酸中心可分為B-酸與L-酸（見(jiàn)酸堿催化劑），有時(shí)還同時(shí)存在堿中心?？捎孟率绞疽獾乇硎狙趸X表面上的酸中心的生成：
　　紅外光譜研究表明，800℃焙燒過(guò)的 γ-Al2O3表面可有五種類(lèi)型的羥基，對(duì)應(yīng)于五種酸強(qiáng)度不等的酸中心?；旌涎趸锉砻娉霈F(xiàn)酸中心，多數(shù)是由于組分氧化物的金屬離子具有不同的化合價(jià)或不同的配位數(shù)形成的。
②酸強(qiáng)度，可用哈梅特酸強(qiáng)度函數(shù)H0來(lái)表示固體酸的酸強(qiáng)度，其值愈小，表示酸強(qiáng)度越高。③酸度，用單位重量或單位表面積上酸中心的數(shù)目或毫摩爾數(shù)來(lái)表示，又稱(chēng)酸度。

應(yīng)用
在同一固體表面上通常有多種酸強(qiáng)度不同的酸中心，而且數(shù)量不同，故酸強(qiáng)度分布也是重要性質(zhì)之一。由某些固體酸的酸強(qiáng)度范圍,可知SiO2-Al2O3、B2O3-Al2O3等均有強(qiáng)酸性,其酸強(qiáng)度相當(dāng)于濃度為90%以上的硫酸水溶液的酸強(qiáng)度。不同的催化反應(yīng)對(duì)催化劑的酸強(qiáng)度常有一定的要求，例如在金屬硫酸鹽上進(jìn)行醛類(lèi)聚合、丙烯聚合、三聚乙醛解聚、丙烯水合,有效催化劑的酸強(qiáng)度范圍分別為H0≤3.3,H0≤1.5，H0≤-3，-3<H0<+1.5。在同類(lèi)型的催化劑上進(jìn)行同一反應(yīng)時(shí),催化活性與催化劑的酸度有關(guān)，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(guān)系。固體催化劑絕大多數(shù)為多孔物質(zhì)，除應(yīng)考慮其表面的酸功能外，還必須考慮孔隙構(gòu)造對(duì)反應(yīng)物的擴(kuò)散及傳熱過(guò)程的影響。例如對(duì)于烴類(lèi)反應(yīng)，設(shè)計(jì)了許多具有規(guī)整孔結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的半晶態(tài)的鋁硅酸鹽或硅酸鹽催化劑。

制造
固體酸催化劑種類(lèi)繁多，制造方法各異。舉例如下：①天然粘土催化劑的制造。早期用天然粘土制造石油催化裂化催化劑，是將粘土用酸處理，然后水洗、干燥制成。酸處理的作用是除去金屬雜質(zhì)離子,暴露硅-鋁骨架結(jié)構(gòu),并用氫離子替代原有的鈉、鈣等陽(yáng)離子。②合成的混合氧化物的制造。*有代表性的是石油催化裂化用的無(wú)定形硅酸鋁催化劑，可用分步沉淀法、共沉淀法或混合法制造。工業(yè)生產(chǎn)多用分步沉淀法，在水玻璃溶液中加入H2SO4制成SiO2水凝膠漿料,經(jīng)老化制成適于充當(dāng)催化劑骨架的凝膠結(jié)構(gòu)。然后在漿料中加Al2(SO4)3溶液,再用氨水使鋁沉積于SiO2水凝膠上。過(guò)濾,濾餅加水制成漿液,噴霧干燥成微球,然后反復(fù)洗滌除去Na2SO4等雜質(zhì)，*后干燥。③分子篩催化劑的制造。在無(wú)定形硅-鋁膠漿液中摻入稀土交換后的Y型分子篩，噴霧干燥、洗滌、再干燥即得分子篩裂化催化劑(見(jiàn)分子篩催化劑)。④半合成催化劑的制造。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，制成的催化劑，稱(chēng)為半合成催化劑。近年來(lái)改用硅溶膠、鋁溶膠作為粘結(jié)劑，將稀土-Y型分子篩、高嶺土粘結(jié)制成了新一代的半合成裂化催化劑。⑤潤(rùn)載型固體酸催化劑的制造。將H3PO4水溶液與硅藻土混合、干燥、磨粉、混捏、干燥后制得成品，可用于苯的烷基化制乙苯、異丙苯，亦可用于烯烴的疊合、水合等。