固体超强酸探究资料.docVIP

固体超强酸再生探究实验 一、研究对象确定 在现代化工生产中，绝大多数化学反应都必须有催化剂的参与，传统的采用液体酸催化剂(如氮氛酸、硫酸)具有严重腐蚀设备、对人体的危害、污染环境、产物与催化剂分离困难以及催化剂再生困难等问题，因此，研究和开发对环境友好的催化剂是有机化学品生产工艺的一个重要领域。20世纪60-70年代开发的固体超强酸主要是含卤素超强酸，该类型催化剂虽然具有较高的催化活性，但仍存在着多含化物，制备条件苛刻，催化剂活性组分流失严重;反应后催化剂难于回收，三废污染严重，并且不能与水接触等，因此，作为工业催化剂的应用前景不是太大。而SO2-4/MxOy型固体超强酸是近年来被研究得最多的一类取代液体酸的催化剂，它具有催化活性高、制备容易、不怕水、对设备腐蚀小以及催化剂能重复使用等优点，广泛应用于如醋化、酞化、烷烃的异构化、烷基化、等重要有机合成反应。 并且由于固体超强酸种类较多，逐一研究起来困难大，于是将SO2-4/MxOy型固体超强酸作为主要的固体超强酸研究对象。 SO2-4/MxOy型固体超强酸中有以单氧化物载体类型（如SO2-4/ZrO2）和复合氧化物载体类型（如SO2-4/TiO2-Fe2O3、SO2-4/TiO2- ZrO2），而以复合氧化物作为固体超强酸催化剂载体所表现出许多独特的物理化学性质，其它组元的引入,对超强酸的表面结构、活性、寿命都有影响,这种固体超强酸可能是以后研究的重点。当其作为催化剂载体时，可通过与活性组分的相互作用改变活性组分的分散状态及活性相结构，从而改善催化剂的催化性能，SO2-4/MxOy-NxOy型固体超强酸已越来越受到人们的关注。于是研究对象SO2-4/MxOy型固体超强酸以SO2-4/TiO2- Fe2O3或SO2-4/TiO2- ZrO2固体超强酸为代表。 二、固体超强酸再生研究意义 固体超强酸催化剂在许多反应中已经表现出优良的催化性能，其独特的高催化活性和选择性已引起人们关注，但在固体超强酸研究课题上存在一些问题制约了其实际的广泛推广使用，如固体超强酸的再生、结构的稳定性。尤其在固体超强酸的再生探究上，降低生产成本、循环利用均是工作者们所追求向往的，但在失活和再生方面的研究报道甚少，所以固体超强酸的再生这一课题显得很重要。 运用IR、XRD、BET、TPD等多种分析手段对固体超强酸进行了表征，通过对比分析和验证实验，找到了催化剂的失活原因。 三、研究思路条理： SO2-4/MxOy型固体超强酸制备 →→ 表征测定 →→ 参与催化反应 →→ 表征测定 →→探究失活机理 →→ 尝试再生方法 →→ 对比原固体超强酸效果 →→ 得出结论 四、研究内容 提出疑问：固体超强酸的再生研究是按其参与的各种催化反应为基础来展开探讨，还是按照其各种失活机理来进行展开探讨试验呢，还是按固体超强酸的类型来展开呢，也可按再生方法种类来展开？存在四个研究方向。 研究方向1：参与各种催化反应研究——SO2-4/MxOy型固体超强酸的应用——考察各种反应的失活原因，再对症施加再生方法。即与研究方向2相关 （1）酯化反应 （2）烷基的异构化反应 （3）烷基化反应 （4）酰化反应 还有氧化反应、聚合反应、缩合反应、裂化反应等。 研究方向2：按各种失活机理展开——可能多种失活原因共存 在张萍、刘占荣、牛辉的SO42-/MxOy型固体超强酸的形成机理及研究趋势中写道：SO42-/MxOy型固体超强酸的一个缺陷是寿命短，易失活，失活的原因有多个方面： (l)高价态硫被还原成低价态，降低了超强酸中S6+的含量，从而使固体超强酸的酸强度下降;(2) SO42-因溶剂化而流失;(3)催化剂表面积炭，是由于表面吸附有机物，酸中心被覆盖，使催化剂活性部分丧失;(4)亲核基团或分子(如NH3等)进攻超强酸中心;(5)在贮存过程中吸水再加热后失硫;(6)在反应过程中因反应温度的波动而脱水，或反应过程中吸水使B酸量和L酸量比例失调，使得B酸量和L酸量的协同效应下降。 大致概括为： （1）催化剂表面硫含量损失 （2）催化剂表面活性位被反应液中的有机物覆盖 （3）催化剂表面积碳 （4）催化剂中毒——毒物吸附 （5）催化剂载体被波坏——机械破损 （6）热致烧结和水汽老化 研究方向3：固体超强酸的类型——难度大，若固定一个基本反应作对比来探究失活机理 （1）负载型固体超强酸，主要是指把液体超强酸负载于金属氧化物等载体上的一类 （2）无机盐复配而成的固体超强酸，如AlCl3一CuC12 （3）硫酸根离子改性金属氧化物， （4）氟代磺酸化离子交换树脂 （5）杂多酸催化剂， （6）AlCl3与磺酸型离子交换树脂形成的络合物固体超强酸 研究方向4：按再生方法——需前提，就是已知固体超强酸的失活机理。即与研究方向2相关 （1）溶剂溶解再生 （