化学论文 固体超强酸概述 .pdfVIP

固体超强酸概述

摘要：当下环保呼声日益高涨、可持续发展日益被重视，环境污染问题已是

非解决不可。固体超强酸被认为是具有广泛的工业应用前景的环境友好的催化剂

之一，因而，对其进行综合论述和研究具有十分重要的意义。本文从固体超强酸

的性质和定义、分类、合成方法（各方法的原理、影响因素及如何影响）、表征

（酸中心模型、酸性、酸强度、酸结构）及固体超强酸催化剂在烷基化反应、异

构化反应、脱水反应、缩醛反应、酯化反应的应用这五方面对其进行了综述。

关键词：固体超强酸；催化剂；应用

在化学工业生产中，很多有机化学反应的进行需要酸催化，包括酯化反应、

烷基化、酰基化、聚合反应、异构化、氧化反应、醇的脱水反应，还有些如硝化、

氢化、羟基化、重排反应、氢交换、降解、卤化、氯化苯以及氯化烷烃的还原等，

工业生产上大量使用液体酸进行催化。这些液体常规酸包括硫酸、氢氟酸、磷酸

等，它们在反应中表现出很好的催化性能，但缺点也很明显。液体酸容易腐蚀仪

器、难于和产物分离、造成大量污水排放，对环境带来了很大的危害。固体酸催

化剂的研究历史由来己久，随着人们环保意识的增强以及各国政府相继制定越来

越严格的环保法规，相比较传统的液体酸催化剂，固体酸催化剂自身的优势也逐

渐引起科学家们的兴趣和重视，对它们的研究热潮一浪高过一浪。当我们喊出建

设和谐社会和可持续发展的社会口号时，环保催化剂的研发也应引起人们的重

视。羧酸酯在工业上的用途非常广泛，工业上合成羧酸酯一直采用浓硫酸为催化

剂，由于浓硫酸存在一些人所共知的缺点，国内外学者一直在研究新的催化剂来

取代浓硫酸。目前文献报道的酯化反应催化剂有很多，但绝大部分仅限于实验室

研究，几乎未见工业化报道，其中固体超强酸就是一种新型酯化反应催化剂。自

2-2-

1979年Hino等合成ZrO/SO和TiO/SO以来，这种催化剂由于具有不腐蚀设

2424

备、不污染环境、催化反应温度低、稳定性能好、制备方法简便、处理条件易行、

便于工业化、有很好的应用前景，而得到了广泛的研究和应用。

1固体超强酸的性质和定义

超强酸是指比100％硫酸的酸强度还强的酸。其酸强度用Hammett指示剂的

酸度函数H表示。已知100％硫酸的H=-11.93，凡是H值小于-11.93的酸均称为

000

超强酸，H值越小，该超强酸的酸强度越强。

0

超强酸和通常的酸一样，有Bronsted型(B酸)和Lewis型(L酸)。把质子给予

碱B:的HA是B酸，而从碱B:接受电子对的A是L酸。

+

B:+HA→B:H+A(1)

1

B:+A→B:A(2)

所谓固体超强酸是指比100％硫酸的酸强度还强的固体酸。固体超强酸的酸

性可达100％硫酸的1万倍以上。固体超强酸与液体酸相比它具有容易与液相反应

体系分离、不腐蚀设备、后处理简单、很少污染环境、选择性高等特点，对我们

解决上述问题带来了曙光。固体超强酸的研究成为催化剂研究的一个热点。

2固体超强酸分类

超强酸分为液体超强酸和固体超强酸两种，液体超强酸大多是由氟化氢或氟

磺酸与氟化物或三氧化硫按一定摩尔比混合而成的复合物；固体超强酸按结构分

为含卤素和不含卤素的两大类。前者是由氟氧化物负载在无机物（如无机氧化物、

石墨、高岭土、活性碳等）表面构成的；后者是将硫酸根吸附在氧化物表面上而

形成的。随着固体超强酸催化剂研究的不断深入，又可进一步把固体超强酸分为

[1]

五大类：

2.1负载型

2.1.1负载卤素的固体超强酸

此类催化剂是将氟化物负载于特定载体上而形成的超强酸，如：SbF-TaF

55

（Lewis酸），SbF-HF-A1F（三元液体超强酸）Pt-SbF（活性组分+氟化物等）。