第3章_酸碱催化剂及其催化作用111

第三章 酸碱催化剂及其催化作用

第三章 酸碱催化剂及其催化作用

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第三章 酸碱催化剂及其催化作用

目录3.1 酸碱催化剂的应用及其类型

3.2

酸碱定义及酸碱中心的形成

3.3

固体酸性质及其测定

3.4

酸碱催化作用及其催化机理沸石分子筛催化剂及其催化作用

3.5 3.62013-6-6

典型酸催化剂催化反应剖析2

第三章 酸碱催化剂及其催化作用

本章重点内容

酸碱的基本概念； 酸性质及其测定方法； 酸中心的形成； 分子筛的结构 分子筛的催化作用。

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3.1 酸碱催化剂的应用及其分类 3.1.1 酸碱催化剂的应用

第三章 酸碱催化剂及其催化作用

工业上重要的酸碱催化反应： 催化裂化；烷烃异构化；芳烃异构化； 烷基化转移；烷基化；芳烃烷基化； 择形催化烷基化；水合反应；酯化反应； 烃类芳构化。

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3.1 酸碱催化剂的应用及其分类 3.1.1 酸碱催化剂的应用

第三章 酸碱催化剂及其催化作用

酸碱催化剂是石油化工中使用最多的催化剂，其催化作

用是通过质子转移得以实现的。 像裂解、异构化、烷基化、歧化、聚合、水合、水解等一

些重要反应。 工业上应用的酸催化剂多数是固体酸，常见的有硅酸铝、 氧化物、分子筛，金属盐类、酸性离子交换树脂等。

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3.1 酸碱催化剂的应用及其分类 3.1.1 酸碱催化剂的应用

第三章 酸碱催化剂及其催化作用

酸碱型催化剂研究进展 近30年来，对于固体酸的催化剂的组成、结构、活性、选

择性等与其表面酸中心的形成和酸性质的联系有了比较深入的了解，使得多相酸催化在理论和实践上获得了长足的 进展。 对固体碱催化剂的研究和了解较少一些，近年来也加强了 研究。

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3.1 酸碱催化剂的应用及其分类 3.1.2 酸碱催化剂的分类

第三章 酸碱催化剂及其催化作用

固体酸：天然粘土物质，天然沸石，金属氧化物及硫化物，

氧化物混合物，金属盐等 固体碱：碱金属及碱土金属分散于氧化硅、氧化铝上，

金属氧化物，金属盐等 液体酸：H2SO4,H3PO4,HCl水溶液，醋酸等

液体碱：NaOH水溶液，KOH水溶液

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3.1 酸碱催化剂的应用及其分类 3.1.2 酸碱催化剂的分类

第三章 酸碱催化剂及其催化作用

酸碱催化剂主要是元素周期表中的主族元素从IA到ⅦA的

一些氢氧化物、氧化物、盐和酸，也有一部分是副族元素的氧化物和盐。 特点：在反应中电子的转移是成对的，即给出一对电子或 获得一对电子。

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3.2 酸碱定义及酸碱中心的形成 3.2.1 酸碱定义固体酸碱定义(三种)

第三章 酸碱催化剂及其催化

作用

1.【酸碱电离理论】S.A Arrhenius(阿累尼乌斯)酸碱 (1)能在水溶液中给予出质子(H+)的物质称为酸。 (2)能在水溶液中给出羟基离子(OH-)的物质为碱称。 2.【酸碱质子理论】J.N.Bronsted对酸碱定义(B酸碱)

(1)凡是能给出质子的物质称为酸(2)凡是能接受质子的物质称为碱

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3.2 酸碱定义及酸碱中心的形成 3.2.1 酸碱定义

第三章 酸碱催化剂及其催化作用

3.【酸碱电子理论】G.N.Lewis定义(L酸碱) (1)所谓酸，乃是电子对的受体。 如BF3 (2)所谓碱，则是电子对的供体。 如NH3

凡是能给出质子或者接受电子对的物质称为酸(B酸或L酸) NH3十H3O+=NH4+十H2O 凡是能接受质子或者给出电子对的物质称为碱(B碱或L碱) BF3十：NH3 F3B:NH3

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3.2 酸碱定义及酸碱中心的形成 3.2.2 酸碱中心的形成

第三章 酸碱催化剂及其催化作用

均 相酸碱催化反应中，酸碱催化剂在溶液中可 解

离出H+或OH 多相酸碱催化反应中，催化剂为固体，可 提供质子 (B)酸中心或非质子(L)酸中心和碱中心

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3.2 酸碱定义及酸碱中心的形成 3.2.2 酸碱中心的形成

第三章 酸碱催化剂及其催化作用

单氧化物酸碱中心的形成氧化铝是广为使用的吸附剂和催化剂，更多场合用作的催化剂载体。 它有多种不同的变体，其中最重要的是 —A12O3;和 —A12O3。二者

的表面既有酸中心，也有碱中心。

L—酸中心是由脱水形成的不完全配位的铝构成，L酸中心吸附水则形成B酸中心，后者的酸强度太弱，以致认为Al2O3不具有B酸性。2013-6-6 12

第三章 酸碱催化剂及其催化作用

Al2O3表面的脱水过程OHOHOHOHOH-

O2-

O2- O2-

O2-

O2-

O2-

O2- O2-

O2- O2-

O2-

O2- O2-

O2O2-

O2O2- O2-

O2O2O2-

O2O2-

O2- O2a

O2- O2-

O2-

O2- O2-

a中氧离子具有碱性， b中的Al具有L酸性 :代表Al

b O2O2O2O2- O2O2O2O2O2-

O2- O2-

O2- O2-

O2-

O2- O2-

第三章 酸碱催化剂及其催化作用

OH

OH -H2O OH+

HO-Al

HO

Al

OH

+

...

OH O AlO

OH -H2O AlO

O- 碱中心 L酸中心 HOAl+

O

Al

O

3.2 酸碱定义及酸碱中心的形成 3.2.2 酸碱中心的形成二元氧化物酸中心酸中心判断(B酸|L酸)【Tanabe假说】

第三章 酸碱催化剂及其催化作用

酸中心的生成是由于在二氧化物模型结构中负电荷或正电荷的过剩造 成的。 假设条件： ①两种金属例子混合前后配位数不变 ②氧的配位数混合后有可能变化，但所有氧化物混合后的配位数与主成

分的配位数一致③计算出整体混合氧化物的电荷数，负电荷过剩时呈现B酸中心，正电荷 过剩时为L酸中心。2013-6-6 15

3.2 酸碱定义及酸碱中心的形成 3.2.2 酸碱中心的形成酸中心判断【Tanabe假说】举例：

第三章 酸碱催化剂

及其催化作用

A.TiO2-SiO2混合物(混合物中前者为主要成分——下同) 其配位情况如下：钛原子在前后、左右、上下六个方向上 都与氧原子成键，而硅原子只是在上下、左右四个方向与 氧原子键合，钛原子通过氧原子与硅原子连接。

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3.2 酸碱定义及酸碱中心的形成 3.2.2 酸碱中心的形成酸中心判断【Tanabe假说】举例： A.TiO2-SiO2混合物

第三章 酸碱催化剂及其催化作用

由于TiO2为主要成分，根据第二条规则，

4 (六个氧原子与 2 6 3 4 一个正四价的 配位),所以SiO2中 Ti 2 的氧也是 。而一个硅原子与四个氧 3 原子相配位，于是每一个Si-O键上电荷 4 2 1 的净值为 。整个硅原子上的 4 3 3 净电荷为 。 1 4 4 3 3氧的配位数为 =

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3.2 酸碱定义及酸碱中心的形成 3.2.2 酸碱中心的形成酸中心判断【Tanabe假说】举例： B. SiO2-TiO2混合物

第三章 酸碱催化剂及其催化作用

计算SiO2上的氧配位电荷为 4 1 ,4

那么，TiO2中的氧电荷数也是-1,每个 Ti-O键上的净电荷为 1 1 3 4 6 1 3

。整

个TiO2上的净电荷就为 6 ( ) 2 。

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3.2 酸碱定义及酸碱中心的形成 3.2.2 酸碱中心的形成酸中心判断【Tanabe假说】举例： C. ZnO-ZrO2混合物—无酸性

第三章 酸碱催化剂及其催化作用

氧的配位电荷为

1 2

,而Zr与8个氧原子配位，1

其Zr-O …… 此处隐藏：1761字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……