活性炭负载酸催化剂及其应用

采用活性炭负载酸作为催化剂，具有催化活性高、选择性好、操作方便、设备腐蚀少和环境污染小等优点。活性炭负载酸催化剂可在酯化等反应中广泛应用。

活性炭负载对甲苯磺酸催化剂的制备可采用以下过程:首先用10%的稀硝酸淋洗400~600目的活性炭，再水洗至中性，蒸馏水浸泡后再用去离子水回流2h，减压过滤，150℃下千燥3h，将所得干净的活性炭与一定浓度的对甲苯磺酸(TsOH)溶液回流吸附12h，减压过滤后晾干，zui后在(120±2)℃下活化2h，就可得到一系列不同固载量的催化剂TsOH/C。

乙酸乙酯是化工、医药生产的基本原料，也是重要的染料、香料中间体，传统的制备方法是乙酸与乙醇在浓硫酸催化下酯化而成。该酯化工艺虽然速度快，但酯收率低(70%~80%)，而且反应后处理工序复杂，有“三废”污染，且浓硫酸在工业生产中不仅腐蚀设备，还会引起副反应，如醇的脱水、聚合等。为提高酯收率，避免对设备的腐蚀，可用对甲苯磺酸代替浓硫酸制备乙酸乙酯，但因对甲苯磺酸在反应中易随乙酸乙酯流失，使得催化成本大为提高，且该工艺的后处理仍十分复杂。研究表明，与非固载型对甲苯磺酸工艺相比，采用廉价易得的活性炭负载对甲苯磺酸作为催化剂具有催化剂用量少、使用寿命长、酯收率高、反应后处理工序简单、不污染环境、不腐蚀设备、酯化反应既可间歇操作又可连续操作等优点，因此逐渐受到广泛关注。刘红梅以活性炭为载体，通过浸渍法制备了活性炭负载对甲苯磺酸催化剂，发现其对合成三乙酸甘油酯的催化效果优于常用的酯化催化剂，收率大于92%，比以硫酸为催化剂收率高15%，比以对甲苯磺酸为催化剂收率高10%，且产品质量达到优级品标准，于清跃^[68]采用过量浸渍法，在活性炭载体上负载具有 Keggin结构的磷钨杂多酸(PW)，制备了PW/C催化剂，研究表明：PW/C系列催化剂的酸量随着PW负载量的增加，当PW负载质量分数达到30%时仍然高度分散于活性炭表面，相对于活性炭707m2/g的比表面积，30%Pw/C的比表面积仍然达到367m²/g，并且具有zui大的酸量，该类催化剂在催化萘的异丙基化反应中适宜的PW负载量为30%，催化剂zui佳活化温度300℃，160℃。

反应温度下，反应达到平衡的时间为150min，360min后茶的转化率接近100 %，β，β´-位异丙基化选择性较高。

此外，活性炭负载酸催化剂也可应用在脱硫中。王振永考察了无机酸处理对用于吸附FCC汽油脱硫的活性炭载体的性能的影响，结果表明，与经硫酸和磷酸处理的脱硫剂(AC-SH，AC-PH)相比，经硝酸处理的脱硫剂(AC-NH)拥有更好的脱硫性能。当硝酸浓度65%，活化温度80℃，焙烧温度250℃，吸附脱硫温度120℃，油剂比1.0时，脱硫率zui高可达90.43%，同时也对活性炭载体经氧化剂处理后其吸附脱硫性能的变化进行了研究，与双氧水处理的脱硫剂(AC-H₂O₂₎相比，过硫酸铵溶液处理的脱硫剂(AC-AP)拥有更好的吸附性能。当过硫酸铵溶液浓度10%，活化温度80℃，焙烧温度250℃，吸附脱硫温度120℃，油剂比1.0时，脱硫率zui高可达92.13%。而且GC-FPD分析表明经过酸处理脱硫剂和氧化剂处理脱硫剂会优先吸附脱除汽油中的苯并噻吩;差热热重分析实验表明活性炭载体及硝酸处理脱硫剂受热后分为两步分解，且活性炭载体在100~600℃之间质量基本恒定;脱硫后活性炭载体无明显的失重台阶；X射线衍射分析表明活性炭载体经硝酸处理后，表面酸量大幅增加，碱量减少；经350℃下焙烧处理、硝酸处理、过硫酸铵溶液处理后，活性炭载体比表面积、孔容、平均孔径以及孔分布都变化不大，说明上述活化处理对活性炭载体的内部孔结构基本没有影响。