固体超强酸催化剂的制备实验报告(一)
固体超强酸探究资料
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/Zr O2）和复合氧化物载体类型（如SO2-4/TiO2-Fe2O3、SO2-4/Ti O2- Zr O2），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/Ti O2- Fe2O3或SO2-4/Ti O2- Zr O2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。
固体酸催化剂的制备
图2 硫酸浸渍浓度对硫含量的影响 产生这种现象的原因可能是因为S6+在固体酸活性中起着很 大的作用，S6+含量的多少决定固体酸的酸性，即决定了固体酸 的 催 化 效 能 。 而S6+ 含 量 取 决 于 浸 渍S O 4 2-浓 度 ， 浸 渍 液 浓 度 低 则 与 氧 化 物 结 合 的S O 42-少 ， 酸 活 性 中 心 少 ， 导 致 催 化 性 能 差 ； 浓 度过高则表面金属氧化物会溶解成硫酸盐使催化剂比表面微孔 体积减少而影响催化剂活性。 2.3 粉/铁/锆比例对硫含量的影响 一些研究者在单一组分的基础上为改进催化剂的性能，找 到最佳酸中心强度优化催化性能开发了复合型固体酸，并发现 复合型固体酸的催化活性要高于单一组分的固体酸。为此本实 验按FSZ-G型制备方法制备了一系列的粉/铁/锆比例的催化剂， 焙 烧 温 度 是 6000C、 硫 酸 的 浸 渍 浓 度 为 0.5M固 定 不 变 ， 并 按 1.2测定硫含量。结果见表1。 由 表1可 见 ， 当 粉/铁/锆 比 例 为1 : 1 : 1时 ， 催 化 剂 的 活 性 较 大，但是不能过分追求高的锆的比例，因为氧氯化锆的价格比
参考文献： [1]王延吉等，绿色催化过程与工艺，化学工业出版社，2002：166. [2]Yamaguchi T.Appl Catal [J].1990,61(1):1.
作者简介： 曹秀云（1985-），女，安徽枞阳人，大学本科，助理讲师，主要
从事分析化学等方面研究工作。
（上接第150页） 由于重卷机组在设计时因考虑不周，选择圆盘剪为对称式
4.2 连续可调 由 于C P C为 单 体 设 备 ， 在 设 计 时 并 没 有 将C P C偏 移 补 偿 调 节 做 到HMI画 面 ， 直 接 应 用 电 位 器 调 节 （ 电 位 器 调 节 电 压 为 ± 10V），这样的调节精度低，并且没法进行定量调节。 我们对其进行了改造，将电位器的电压信号通过模拟量输 出 模 块 输 出 。 在 程 序 中 设 计 了 一 个 定 位 调 节 块 ， 通 过HMI画 面 设 定 偏 移 量 由 程 序 计 算 出 调 节 电 压 输 出 至CPC控 制 器 中 实 现 调 节功能。 CPC调 节 范 围 ±L（ 单 位 为mm， 可 通 过 参 数P11 SCAL.CORR POT进 行 修 改 调 节 范 围 ， P11 SCAL.CORR POT的 范 围 为 0～ 50mm）。如需调整X，则通过HMI输入X（操作侧为正值传动侧为 负值），输出电压值Y由如下公式计算得出：
固体超强酸的制备及催化性能的研究
固体超强酸的制备及催化性能的研究一、固体超强酸的制备原理所谓固体超强酸是指比100%硫酸的酸度还强的固体酸。
其酸强度用Hammett指示剂的酸度函数Ho表示，一般的，Ho=pK(所用指示剂的pK值)，已知100%硫酸的Ho=-11.93,凡是Ho值小于-11.93的固体酸均称为固体超强酸，Ho值越小，该超强酸的酸度越强。
固体超强酸的制备方法：硫酸根离子促进的氧化物型固体超强酸的制备方法如下,将相应的可溶性金属盐溶于水中，加入氨水或尿素等沉淀剂，先制得金属氢氧化物溶胶，经过滤，水洗，除去杂质离子，干燥后再用一定浓度的硫酸或硫酸铵溶液浸渍，过滤，干燥后，经高温焙烧制得。
二、试剂九水硝酸铁硫酸聚乙二醇2000 去离子水无水乙醇冰醋酸氢氧化钠溶液三、仪器设备烧杯搅拌棒布氏漏斗抽滤瓶烘箱研钵温度计回流注锥形瓶四、实验步骤1、将硝酸铁和硝酸铝按一定比例溶于水，加入质量分数为0．5％～1％的聚乙二醇溶液，强烈搅拌下逐滴滴加氨水，生成沉淀后放人冰水浴中陈化2、洗涤抽滤，110℃干燥后研磨3、用促进剂浸渍12h4、干燥，研磨，一定温度焙烧即得固体酸催化剂样品五、催化性能的测定1、催化剂酯化活性测定在带有搅拌器、温度计、回流冷凝管的250ml三口烧瓶中，加入50ml 无水乙醇,15ml冰醋酸和1g 催化剂，在回流温度下进行酯化反应，每隔1h取样分析一次。
醋酸转化率的计算在250ml 锥形瓶中事先加入20ml 蒸馏水，再加入1ml 样品，用0.5mol/L 标准氢氧化钠溶液滴定，以酚酞作指示剂，滴定至出现粉红色为终点。
醋酸转化率按下式计算:X=(1 – V/Vo)*100%式中：Vo,V ———反应开始前、反应过程中滴定所消的标准氢氧化钠溶液的体积，ml。
2、酸强度的测定（1）探针反应法低碳链烷烃的骨架异构化反应经常被用作固体超强酸的探针反应。
其中比较典型的是正丁烷在低温下的异构化反应，这是验证固体超强酸酸性的重要手段。
固体超强酸催化剂总结
固体超强酸催化剂超强酸是比100%的硫酸还要强的酸，其Hammett函数H0<-11.93(100%硫酸的H0为-11.93)，可分为固态和液态。
固体超强酸和液体超强酸相比，有容易与反应物分离，可重复使用，不腐蚀反应器，减少催化剂公害，催化剂有良好的选择性等优点。
在催化反应中，固体超强酸对烯烃双键异构化、醇脱水、烯烃烷基化、酸化、醋化等都显示出较高的活性。
这种催化剂不腐蚀设备，不污染环境，催化反应温度低，制备简便，有广泛的应用前景。
固体超强酸是近年来发展的一种新型催化材料，对许多化学反应有较好的催化活性、选择性及重复使用性能。
固体超强酸是近年来研究与开发的一种新型固体酸催化剂，随着人们对固体超强酸不断深入研究，催化剂的种类也从液体含卤素超强酸发展为无卤素固体超强酸、单组分固体超强酸、多组分复合固体超强酸。
无论是催化剂的制备、理论探索、结构表征，还是工业应用研究都有了新的发现，固体超强酸由于其特有的优点和广阔的工业应用前景，已受到国内外学者广泛关注，成为固体酸催化剂研究中的热点。
1. 催化性能1.1饱和烃的异构化反应饱和烃类分子如正丁烷、戊烷较稳定，不易发生反应。
如用100%硫酸作催化剂，室温下不会发生反应，但用SbF5SiO2-Al2O3固体超强酸却能使丁烷发生反应，主要产物为异丁烷。
nC5H12 SbF5SiO2-Al2O3 异戊烷1.2氧化反应SO42--Fe2O3能在室温下使丁烷异构化。
但在100℃以上用脉冲法进行反应时，只发生氧化反应但是，单用Fe2O3作催化剂，即使反应温度为300℃丁烷也不发生反应。
1.3阴离子聚合反应烷基乙烯基醚的聚合反应是阴离子聚合反应，可用烷基金属化合物或Ziegler型催化剂。
但是SO42--Fe2O3对此反应有极高的反应活性。
如异丁基乙烯基醚用SO42--Fe2O3作催化剂，在0℃能很快发生聚合反应。
甲基乙烯基醚和乙基乙烯基醚在该催化剂存在下以甲苯作稀释剂也能在低温（零度或零度以下）下高速聚合。
固体超强酸催化剂的制备实验报告
固体超强酸催化剂的制备实验报告一、实验目的本实验旨在通过制备固体超强酸催化剂，掌握固体超强酸催化剂的制备方法和性质，为后续的催化反应研究提供基础。
二、实验原理固体超强酸催化剂是一种具有高催化活性和选择性的催化剂，其制备方法主要有两种：一种是通过将强酸负载在固体载体上制备，另一种是通过化学合成制备。
本实验采用的是化学合成法，即将氯化铟和氯化铵在水溶液中反应，生成氯化铵铟沉淀，再将其在高温下煅烧得到固体超强酸催化剂。
三、实验步骤1.将氯化铟和氯化铵按照1:1的比例加入到500ml三口烧瓶中，加入适量的去离子水，搅拌均匀。
2.将烧瓶放入水浴中，加热至80℃，继续搅拌2小时，使氯化铵铟充分沉淀。
3.将沉淀用去离子水洗涤3次，使其完全去除余氯离子和杂质。
4.将洗涤后的沉淀放入烘箱中干燥至恒重。
5.将干燥后的沉淀放入炉中，在氮气气氛下煅烧4小时，升温速率为5℃/min，煅烧温度为500℃。
6.取出煅烧后的样品，冷却至室温，称取适量样品，用乙醇溶解后进行催化活性测试。
四、实验结果经过催化活性测试，得到的固体超强酸催化剂表现出了较高的催化活性和选择性，对苯甲醇的酯化反应表现出了较好的催化效果。
五、实验结论本实验通过化学合成法制备了固体超强酸催化剂，并对其催化活性进行了测试，结果表明该催化剂具有较高的催化活性和选择性，可用于苯甲醇的酯化反应等催化反应中。
六、实验注意事项1.实验过程中应注意安全，避免接触氯化铟和氯化铵等有毒物质。
2.制备过程中应注意控制反应温度和时间，避免过度煅烧导致催化剂失活。
3.催化活性测试时应注意控制反应条件，避免影响测试结果。
4.实验结束后应及时清洗实验器材，保持实验室环境整洁。
固体超强酸制备
探究思路：两个要求：“保证活性高作为前提，以使用次数作为重要比较指标”其实，一个固定酯化反应采用不同的固体超强酸（均以该酯化反应作为探究优化制备条件）作为催化剂，所得到的酯化效率差别不会大，只要肯花功夫、时间探究便可达到，所以探究重点摆在对比固体超强酸的稳定性上即提高其使用寿命，而使用寿命以催化活性高作为前提（不同催化剂间催化效用相差不大下，尽管催化效率较差点，但使用次数好，这也算是好催化剂），但在催化效用有一定情况下，探究使用寿命才有意义，随意首先需要探究出优化的固体超强酸的制备条件和酯化条件。
借助微波酯化反应探究最佳活性的催化剂制备条件，然后以活性最佳的催化剂探究微波酯化反应条件。
微波辐射酯化反应——“微波辐射催化合成乙酸正丁酯”：用微波辐射技术以乙酸和正丁醇为原料，S2O2-8/M X O Y型固体超强酸为催化剂的酯化反应，最佳的微波合成条件为：催化剂用量2。
0 g，酸醇物质的量的比为1。
0∶2。
0，微波功率为595 W，微波辐射时间为30 min，产率84。
1%。
主要试剂和仪器：冰醋酸(CP)，正丁醇(AR)，微波炉，阿贝折光仪（或红外光谱波峰测试）实验过程：在100 mL圆底烧瓶中加入5。
7 mL(0。
1 mol·L-1)的冰醋酸和9。
1 mL(0。
1 mol·L-1)的正丁醇（最适宜的酸醇比为1。
0∶2。
0），加入2。
0 g催化剂，然后将圆底烧瓶装好回流冷凝管和搅拌装置，置于微波炉内。
在搅拌下先以65 W的功率加热1 min，再以最适宜的微波功率是595 W，一定反应时间加热回流时间30 min。
反应完毕取出圆底烧瓶，待反应物稍冷，过滤出催化剂，粗产品经提纯、干燥、蒸馏，收集124~126℃的馏分。
称重，计算产率。
在合成反应中，有些反应是可逆反应生成水，为了提高转化率，常用带水剂把水从反应体系中分离出来。
可作带水剂的物质必须要与水水作用产生共沸物使得水更易被蒸出，且在水中的溶解度很小.它可以是反应物或者产物，例如如:环已烯合成是利用产物与水形成共沸物;乙酸异戊酯合成中,反应初期利用原料异戊醇与水形成二元共沸物或原料,产物和水形成三元共沸物,并用分水器分水,同时将原料送回反应体系,随着反应的进行,原料减少,则利用产物乙酸异戊酯与水形成二元共沸物.带水剂也可以是外加的。
固体超强酸系列催化剂制备
1. 稀土固体超强酸S2O82- / Sb2O3 / La3+催化剂制备：将8g SbC13溶于40mL乙醇和20mL苯的混合液中，搅拌充分溶解后得透明锑醇液，再向溶液中加入10mL异丙醇，使醇化反应进行得更彻底，然后加入少量阴离子表面活性剂，并滴加氨水，使之发生水解反应，得到胶状沉淀，低温化12h左右，多次洗涤至无Cl-检出。
滤饼于110℃烘干后，研磨过100目筛。
搅拌下将Sb2O3浸渍在一定浓度的(NH4)2S2O8溶液中lh，用量为每克Sb2O3用15mL(NH4)2S2O8溶液，抽滤，烘干，置于马弗炉中焙烧，得S2O82-/ Sb203催化剂。
将Sb2O3浸渍在一定浓度的(NH4)2S2O8和一定浓度的La(NO3)3的混合液1h，抽滤、烘干置于马弗炉在不同的温度和时间下焙烧，得一系列S2O82-/ Sb2O3 / La3+固体超强酸催化剂，置于干燥器中备用。
以代号表示不同制备条件下所得催化剂。
参考文献：稀土固体超强酸S2O82- / Sb2O3 / La3+的制备及催化性能研究舒华1，连亨池2，闫鹏2，文胜2，郭海福2(1．学院生化系，554300；2．学院化学化工学院，526061)稀土，2008.12（29卷第6期）2. 稀土固体超强酸SO42-／TiO2-La2O3制备：将一定量La203溶于浓度为3.0 mol·L-1的稀盐酸中，配成La3+溶液，再按一定量比量取TiC14与La3+溶液混合，用NH4·H 0[ w(NH3)=12％]水解至溶液呈碱性，控制pH值在8～9，沉淀完全，静置24 h后进行抽滤，并用蒸馏水不断洗涤至沉淀无Cl-存在(用0.1 mol·L-1的AgNO3检验)，于105℃烘干后研细．再将该粉末浸泡于浓度为0.8 mol·L-1的稀H2SO4中24 h，然后抽滤，放入干燥箱中在110℃烘干，于一定的温度下焙烧活化3 h，冷却后置于干燥器中备用。
固体超强酸的制备研究和应用
固体超强酸的制备研究和应用摘要本文以氧氯化锆、氨水为原料，以乙二醇-水溶液为溶剂，通过水热法在不同条件下件下制备了一系列氧化物，对氧化物进行了红外、 SEM 表征。
研究结果显示直接水热法制备的氧化锆样品粒径小，颗粒均匀，比表面积大。
将制得的氧化锆用0. 5mol/LH2SO4 浸渍处理后制得固体超强酸。
通过对样品进行红外分析发现，所知催化剂均为超强酸。
用制备的氧化锆负载磷钨酸制备成催化剂，对催化剂进行进行了表征并进行了酯化反应和催化剂回收和重复使用的实验。
催化剂的制备工艺：利用550℃下退火的氧化锆固载磷钨酸，磷钨酸的负载量为23%，然后在100℃的空气氛围内烘焙。
合成油酸甲酯的最佳反应条件为：醇酸摩尔比为 40: 1，催化剂用量为酸的质量的 30%，反应时间为 4 小时。
关键字: ZrO2 ；磷钨酸；固体超强酸；催化剂；酯化反应，Abstract In this paper,Zirconium oxychloride and ammonia as raw material, ethylene glycol- water solution as solvent, a series of oxides1/ 3were prepared by hydrothermal method under different conditions,the oxide was characterized by IR, SEM characterization.The results show that the direct Hydrothermal Synthesis of zirconia sample size is small, uniform particles, large surface area.The obtained zirconia solid super acid 0.5mol / L H2SO4 impregnation treatment.Knowledge superacid catalysts were found by infrared analysis of the samples. Preparation of zirconia supported phosphotungstic acid catalyst prepared catalysts were characterized and the esterification reaction and catalyst recovery and reuse experiments.Catalyst preparation process: the use of 550C annealing of zirconia immobilized phosphotungstic acid, phosphotungstic acid load of 23%, and then baked in the 100 air atmosphere. ℃Synthetic methyl optimum reaction conditions: molar ratio of 40:1, catalyst amount was 30 percent of the acid quality of the reaction time is 4 hours. Key words: ZrO2；Phosphotungstic acid：solid superacid catalyst：esterification：1 绪论 ........................................................ ......................................................................... 4 1. 1 前言 .........................................3/ 3。
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固体超强酸催化剂的制备实验报告(一)
制备固体超强酸催化剂实验报告
实验目的
通过固相法制备出一种具有超强酸性的固体酸催化剂，并研究其催化
性能。
实验原理
固相法又称凝胶法，是指通过将溶解有机金属化合物和有机酸等物质
的溶液浸泡在无机固体载体中，再通过干燥和煅烧等步骤将有机化合
物转化为无机氧化物，最终得到具有特定功能的催化剂。
在本实验中，我们利用AlCl3和HSO3CF3等化合物制备出具有超强酸性的ZrO2-
Al2O3复合载体固体酸催化剂。
实验步骤
1.准备载体：将0.24mol的ZrO2和0.02mol的Al2O3混合均匀，
将其放入到烧杯中，加入足够的水，搅拌均匀后水浴加热至
100℃，持续搅拌3小时，使其充分分散，形成颗粒状物。
2.溶解AlCl3：将0.02mol的AlCl3加入到绝对乙醇中，搅拌均匀
并加热至70℃，进行溶解，得到淡黄色溶液。
3.溶解HSO3CF3：将0.02mol的HSO3CF3加入到绝对乙醇中，搅拌
均匀，并加热至70℃进行溶解，得到透明的淡黄色溶液。
4.加入固体载体：将2.5g的干燥载体通过烘干得到的粉末加入到
AlCl3和HSO3CF3的混合溶液中，搅拌均匀，混合物变为黄色。
5.进行氧化：将混合物转移到培养皿中，用烘箱在120℃下烘干4
小时，然后升温至500℃，保温2小时，得到固体超强酸催化剂。
实验结果
制备得到的固体超强酸催化剂为黄色粉末状，粉末颗粒大小均匀，无
结块现象。
利用该催化剂可将蒽与苯乙烯通过[4+2]环加成反应，产生
了3,6-二甲基-9-苯基萘，表明该催化剂具有良好的催化性能。
实验结论
通过固相法制备的固体超强酸催化剂具有良好的催化性能，可用于有
机化学反应的催化。
同时，制备过程简单，成本相对低廉，易于工业
化生产。
实验注意事项
1.实验过程中要注意安全，避免接触有毒有害溶剂。
2.载体的制备过程中，水和乙醇的比例要控制，以免形成团块。
3.加入固体载体的过程中，要均匀搅拌，混合物均匀。
4.进行氧化的过程中，要控制烘干和烧结的温度，保证制备得到的
固体酸催化剂具有良好的性能。
参考文献
1.“利用固体超强酸催化剂的研究进展”，化学进展，2014.
2.“固相法制备超强酸性固体酸催化剂的研究与应用”，化学工程，
2015.
扩展阅读
1.狄龙，张翔，陆磊等，“超强酸催化与多相催化研究进展”，催
化学报，2016.
2.Borys Pawlyta, Jan Szymański, Krzysztof Skowerski等，
“From liquid to solid Brønsted superacid catalysts
through strong hydrogen bonds to perfluorinated sulfonic
acid group”, Journal of Catalysis, 2019.
以上是制备固体超强酸催化剂实验报告的相关内容。
固相法制备超强
酸催化剂已被广泛应用于有机化学反应领域，有着重要的意义。
我们
学习制备超强酸催化剂的方法和注意事项，对以后的有机化学实验有
很大的帮助。