用常温正丁烷异构化反应表征固体超强酸性

正丁烯异构化催化剂正丁烯是一种四碳烯烃，由于其具有较高的能量密度和化学反应活性，因此在化工领域有重要的应用价值。

但由于其呈现直链结构，导致在某些反应条件下，无法发挥其最大的反应活性，因此需要对其进行异构化处理，将其转化为具有支链结构的异丁烯。

这一过程需要使用催化剂来促进。

目前，常用的正丁烯异构化催化剂主要包括贵金属催化剂、贵重金属氧化物催化剂、固体超强酸催化剂等。

其中，贵金属催化剂具有高效、低沉积率等优点，但同样具有成本高和环境污染等缺点。

贵重金属氧化物催化剂具有良好的催化性能和稳定性，但同样存在价格昂贵等问题。

为了解决这些问题，近年来开始研究开发具有高效、低成本和环境友好的正丁烯异构化催化剂。

在这方面，光催化剂、金属-有机骨架材料、金属有机骨架材料、金属-碳纳米管材料等新型的催化剂受到了广泛的关注。

例如，金属-有机骨架材料可以通过调节金属离子和有机配体的组合方式，实现对正丁烯的高效催化异构化。

Goldfeld等人研究了一种基于铁的金属-有机骨架材料作为正丁烯异构化催化剂，发现该催化剂具有高效、稳定的催化性能，并且可以通过调节反应条件进一步提高其催化效果。

另外，金属-碳纳米管材料也是一种具有很大应用潜力的催化剂。

Gao 等人报道了一种基于铁的金属-碳纳米管材料作为正丁烯异构化催化剂，该催化剂具有较高的催化活性和稳定性，并且可以通过简单的回收和再利用进一步降低成本和环境污染。

总之，研究和开发高效、低成本和环境友好的正丁烯异构化催化剂具有重要的应用价值和实际意义。

随着科技的不断发展和创新，相信未来会出现更多具有优异性能和潜力的催化剂，推动化工领域的高质量发展。

异丁烷反向异构化反应热力学分析及反应规律摘要：目前针对异丁烷反向异构化的研究主要集中在催化剂开发方面。

例如，美国专利US4191845报道了一种负载Pt金属的氯化氧化铝催化剂，用于异丁烷反向异构化为正丁烷，在反应温度232℃、反应压力2.06MPa、重时空速为300h-1的条件下，正丁烷收率能达到31.71％。

在Ni/Cu原子比为1的Ni-Cu/WO3-ZrO2催化剂上进行了异丁烷临氢反向异构化反应研究，在反应温度450℃、反应压力2.5MPa、氢/油摩尔比4/1、液时体积空速为1h-1的条件下，正丁烷收率达到38.86％。

上述研究均未对异构烷烃反向异构化的反应规律、反应机理进行研究。

关键词：异丁烷；反向异构化；正丁烷；热力学；反应规律引言随着原油的日益重质化、劣质化，催化裂化、加氢裂化工艺技术快速发展。

中国催化裂化装置的加工能力在2019年已经达到210Mt/a，加氢裂化装置早在2016年加工能力已突破120Mt/a，近些年发展势头不减。

催化裂化、加氢裂化装置每年产生的异丁烷与异戊烷约20Mt，对于异丁烷的利用备受炼油厂关注。

目前，异丁烷可以与丁烯经烷基化反应生成烷基化汽油，但是烷基化装置处理量有限，对异丁烷的需求量远小于异丁烷的产量。

因此，大部分异丁烷需要考虑更加适宜的加工途径。

1实验部分1.1原料和试剂异丁烷（体积分数99.9%），北京华通精科气体化工有限公司产品；H2（体积分数99.9%），北京环宇京辉京城气体科技有限公司产品；浓硫酸（质量分数98.0%），北京化工厂有限责任公司产品；硝酸锆（质量分数99.9%），氯铂酸（质量分数99.0%），上海麦克林生化科技有限公司产品。

1.2催化剂的表征采用德国布鲁克公司生产的D8型粉末X射线衍射仪测定催化剂的晶相结构。

操作条件为：管电压40kV，管电流40mA，Cu靶，Ni滤光片，扫描速率0.5°/min，扫描范围2θ为5°~85°。

超强酸及其在化工有机合成中的运用研究摘要:无机酸较超强酸相比，更早地投入到了实验中，并且应用范围也相当广泛，但对于相对复杂甚至难以进行的一些有机反应，超强酸就发挥了不可小觑的催化作用。

主要介绍超强酸的定义、性质以及超强酸在化工有机合成反应中的应用。

关键词：超强酸；化工有机合成；催化剂引言：超强酸是一种酸性比高氯酸还强的酸（注：有些人认为王水可以溶金，所以误认为王水酸性非常强，事实上王水的酸性并非很强，甚至不及浓硫酸。

而高氯酸是无机含氧酸中的最强酸）。

一般分类如下：布朗斯特超酸，路易斯超酸，共轭布朗斯特-路易斯超酸，固体超强酸。

超酸作为一个良好的催化剂，使一些本来难以进行的反应能在较温和的条件下进行，故在有机合成中得到广泛应用。

超强酸是一类酸性比浓硫酸还强的酸。

世界上已开发和研制了比硫酸、盐酸、硝酸酸性强几百万倍，甚至几十亿倍的超强酸。

以HSO3F－SbF5（魔酸）为例，比100%硫酸强1019倍。

实验中，我们经常用到无机酸最为反应的催化物质，比如盐酸、硫酸等，但无机酸许多巨有较强的腐蚀性，容易损坏机器、破坏环境，且在实验操作中，具有一定的危险性，并且无机酸对一些有机反应的催化效果，并不理想。

所以，为了解决这些问题，便有了对超强酸的进一步研究。

1、什么是超强酸超强酸，指的是比 100％硫酸的酸性更强的酸。

它的酸度不用 p H 值来表示，而是采用 HOMM ETT 酸性函数HO，作为酸性量度。

HO越小，则超强酸的酸性越强。

在室温下，硫酸的 HO为 -11.93，所以，凡是 HO小于11.93的均为超强酸。

这里介绍几种比较常见的超强酸：1）布朗斯特超酸，如HSO3Cl；2）路易斯超酸，如 Sb F5；3）固体超酸，如 Zr O2·H2SO4；4）共轭布朗斯特 - 路易斯超酸，如HSO3F·Sb F5。

将一些强的路易斯酸，尤其是金属的高价化合物，如 Sb F5、Ta F5、Nb F5和As F6等加入FSO3H 或HF 等质子酸中，能使酸的 HO急剧下降。

固体超强酸催化剂的研究及应用徐会会;潘春跃【摘要】Solid super acid catalyst has been a focus in catalysis researches due to environmental aware- ness and stricter emission control. Compared with the traditional acid catalyst, solid super acid catalysis has prominent advantages, however, it will be modified in order to accomplish industrialization. The forma- tion mechanism of the sour center, deactivation and regeneration, modification, and application are intro- duced in detail, finally the prospects of solid superacid catalysts are predicted.%随着环保意识的加强和环保要求的日益严格，固体超强酸成为当前催化剂领域研究的热点之一，与传统的酸催化剂比较，固体超强酸具有显著的优点，但要实现工业化应用，还需对催化剂改性，解决一些不足。

对固体超强酸酸中心的形成、失活与再生、改性及应用作了详细阐述，并提出了固体超强酸催化剂的研究展望。

【期刊名称】《河南化工》【年(卷),期】2012(000)021【总页数】6页(P22-27)【关键词】固体超强酸;催化剂;改性;应用【作者】徐会会;潘春跃【作者单位】中南大学化学化工学院,湖南长沙410083;中南大学化学化工学院,湖南长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TQ426酸催化反应涉及到烃类裂解、重整、异构化等石油炼制过程，还涉及到烷基化、酰基化、酯化、烯烃聚合等石油加工和精细化学品生产过程，可以说酸催化剂是化学工业的基础。

固体超强酸催化剂是一种具有高活性和优良性能的催化剂，广泛应用于化学工业、石油化工、医药等领域。

下面将详细介绍固体超强酸催化剂的特点、制备方法、应用领域以及未来发展方向。

一、特点1. 高活性：固体超强酸催化剂具有很高的酸性，能够促进许多化学反应的进行，提高反应速率和产物的选择性。

2. 稳定性：固体超强酸催化剂不易挥发，不易分解，具有很好的热稳定性和化学稳定性，能够长时间使用。

3. 可调性：固体超强酸催化剂的酸性可以通过调节催化剂的组成和制备条件进行调节，以满足不同反应的需求。

4. 环保性：固体超强酸催化剂使用后易于回收和再生，对环境友好，有利于降低生产成本和保护环境。

二、制备方法固体超强酸催化剂的制备方法有多种，包括浸渍法、涂覆法、气相沉积法等。

其中，浸渍法是最常用的方法之一。

该方法是将载体材料浸泡在含有活性组分的溶液中，然后进行干燥、活化等步骤，制备出具有高活性的催化剂。

三、应用领域1. 化学工业：固体超强酸催化剂在化学工业中广泛应用于烯烃聚合、烷基化反应、酯化反应、水解反应等。

2. 石油化工：固体超强酸催化剂在石油化工中用于催化裂化、加氢裂化、异构化等反应，可以提高石油产品的收率和质量。

3. 医药：固体超强酸催化剂在医药领域可用于合成药物和手性分子的合成，提高药物的生产效率和纯度。

4. 其他领域：固体超强酸催化剂还可应用于环保、新能源等领域，例如用于处理废水、废气等。

四、未来发展方向1. 新型材料的研发：随着科技的不断进步，未来将会有更多新型材料被开发出来，并应用于固体超强酸催化剂的制备中，以提高其性能和适用范围。

2. 绿色合成方法：随着环保意识的不断提高，绿色合成方法将成为未来化学工业的发展趋势。

因此，开发绿色、环保的制备方法和工艺将是固体超强酸催化剂未来的重要研究方向。

3. 个性化定制：未来固体超强酸催化剂将更加注重个性化定制，根据不同客户的需求定制特定的催化剂，以满足不同领域的需求。

超强酸超强酸，超酸又称超酸。

是一种比100%硫酸还强的酸。

特别是液体超强酸，HF-SbF5超酸比100%硫酸强倍，有严重腐蚀性和严重公害。

全氟磺酸树脂(Nafion-H)是现在已知的最强固体超强酸，具有耐热性能好、化学稳定性和机械强度高等特点。

一般是将带有磺酸基的全氟乙烯基醚单体与四氟乙烯进行共聚，得到全氟磺酸树脂。

由于Nafion-H分子中引入电负性最大的氟原子，产生强大的场效应和诱导效应，从而使其酸性剧增。

与液体超强酸相比，用作催化剂时，易于分离，可反复使用。

且腐蚀性小，引起公害少，选择性好，容易应用于工业化生产。

近年世界上已开发和研制了比硫酸、盐酸;硝酸酸性强几百万倍，甚至几十亿倍的超强酸。

这些超强酸，酸性极强。

以HSO3F-SbF5为例，HF-SbF5超酸比100%硫酸强倍，有严重腐蚀性和严重公害。

应用价值物质的量为1：0.3的氢氟酸和五氟化锑混合时的酸性强度要比无水硫酸(100%)的强度约大1亿倍。

而HF~SbF5的物质量比1：1(氟锑酸)时其酸性估计可达无水硫酸的倍，是已知最强的超强酸。

这些超强酸如魔酸，它是五氟化锑和氟磺酸按体积比l：l混合制成的混酸。

其酸度只是无水硫酸的1000万倍，目前，在世界市场上已有商品出售，超强酸在化学和化学工业上，极有应用价值，它既是无机及有机的质子化试剂，又是活性极高的催化剂。

过去很多在普通环境下极难实现或根本无法实现的化学反应在超强酸环境中。

却能异常顺利地完成。

在很长的一段时间内，人们认为王水就是酸中之王，是最强的酸了，因为即使是黄金，遇到王水也会像“泥牛入海”一样很快变的无影无踪。

直到有一天奥莱教授和他的学生偶然发现了一种奇特的溶液，它能溶解不溶于王水的高级烷烃蜡烛，人们才知道其实王水并不是最强的酸，还有比它强的酸，这就是魔酸，又叫超强酸，氟锑磺酸。

成分分析从成分上看，超强酸是由两种或两种以上的含氟化合物组成的溶液。

它们的酸性强的令人难以置信，比如氟硫酸和五氟化锑按1：0.3(摩尔比)混合时，它的酸性是浓硫酸的1亿倍。