各种类型的催化剂及其作用机制。 本章以多相催化动力学研究为基础,重点研究各类催化剂的组成、结构以及催化作用规律和机制。 主要包括固体酸碱催化剂、分子筛催化剂、金属催化剂、金属氧化物和金属硫化物催化剂、络合催化剂五类。 重点掌握各类催化剂的基础知识、基本概念、典型代表、工业应用和最新进展。 6.1酸碱催化剂石油炼制和石油化工是催化剂最大的应用领域,在国民经济中占有重要地位。 在石油炼制和石油化学工业中,酸催化剂发挥着重要作用。 烃类的催化裂化、芳烃和烯烃的烷基化、烯烃和二烯的低聚、共聚和高聚、烯烃水合成醇和醇的催化脱水等反应都是在酸催化剂的作用下进行的。 工业上使用的酸催化剂大部分是固体。 20世纪60年代以来,一些新的固体酸催化剂被发现,其中影响最大的是分子筛型催化剂,其次是硫酸盐型酸性催化剂。 1、固体酸和碱的定义和分类固体酸:一般认为是能够化学吸附碱的固体,也可以理解为能够导致碱性指示剂在其上变色的固体。 固体酸又分为布朗斯台德酸和路易斯酸。 前者称为B酸,后者称为L酸。 B酸和B碱的定义是:能给出质子的为酸,能接受质子的为碱,因此B酸和B碱也称为质子酸和质子碱。 L酸和L碱的定义是:能接受电子对的为酸,能给予电子对的为碱,因此L酸和L碱也称为非质子酸和碱。 2、固体酸、碱的强度和酸碱的量。 B酸强度是指贡献质子的能力; l 酸强度是指接受电子对的能力。 酸强度通常用函数H0表示,其定义如下:如果固体酸表面能吸附未解离的碱并将其转化为相应的共轭酸,并且该转化是通过质子从固体酸表面转移到吸附碱 ,即: 其中 [B]a 和 [BH+]a 分别是未溶解的碱(碱指示剂)和共轭酸的浓度。 pKa是共轭酸BH+解离的平衡常数的负对数,与pH类似。如果转化是通过将吸附碱基的电子对移动到固体酸表面,即
式中[A:B]为吸附碱基B与电子对受体A形成的络合物AB的浓度。H0越小,酸性越强。 酸含量:固体表面酸的量,通常以单位重量或单位表面积上酸位的毫摩尔数表示,即m mol/wt或m mol/m2。 酸度,又称酸度,是指酸的浓度。 固体碱的强度定义为表面吸附的酸转化为共轭碱的能力,也定义为表面提供电子吸收酸的能力。 碱的量以每单位重量或单位表面积的毫摩尔碱表示,即m mol/wt或m mol/m2。 碱量又称碱度,是指碱中心的浓度。 酸碱协同位点:已知某些反应是由催化剂表面的酸位点催化的,但碱位点或多或少起到协同作用。