Porque é que a peneira molecular pode ser utilizada como um catalisador ácido sólido?
Ⅰ. Introdução ao catalisador de peneira molecular
Uma substância química natural ou sintética com uma estrutura em rede. Por exemplo, quando o dextrano reticulado e o zeólito são utilizados como meio cromatográfico, a mistura pode ser fraccionada de acordo com o tamanho molecular. Os crivos moleculares são silicatos cristalinos ou aluminossilicatos, formados por tetraedros de silício-oxigénio ou tetraedros de alumino-oxigénio ligados por pontes de oxigénio para formar um sistema de poros e cavidades de tamanho molecular de crivo molecular (geralmente 0,3~2,0 nm). Por conseguinte, tem as características de moléculas de peneiração. Também conhecido como catalisador de zeólito, refere-se a um catalisador com peneira molecular como componente cataliticamente ativo ou um dos principais componentes activos. A maior utilização industrial é o catalisador de cracking por peneira molecular, que é um catalisador ácido sólido.
Ⅱ. Catalisador de ácido sólido de peneira molecular
O crivo molecular PSA tem um desempenho de permuta iónica, poros de tamanho molecular uniforme, atividade catalítica ácida e uma boa estabilidade térmica e hidrotérmica. Pode ser transformada num catalisador com elevada atividade e elevada seletividade para muitas reacções.
De um modo geral, o ácido sólido pode ser entendido como qualquer sólido que possa alterar a cor de um indicador alcalino, ou qualquer sólido que possa adsorver quimicamente substâncias alcalinas. De acordo com a definição de Bronsted e Lewis, o ácido sólido é um sólido capaz de produzir protões ou aceitar pares de electrões, enquanto o catalisador de peneira molecular PSA tem atividade catalítica ácida. A sua acidez provém da decomposição dos iões de amónio trocados, da troca de iões de hidrogénio ou da hidrólise dos catiões multivalentes contidos durante a desidratação.
Por exemplo:
NH4M─→NH3+HM
H++NaM─→HM+NaCe
3+M+HOMHTCeOIHM+HM
Na fórmula, M representa a peneira molecular. O número de centros de ácido prótico e a força do ácido produzido são de grande importância para a atividade catalítica ácida das peneiras moleculares. A desidratação dos dois grupos hidroxilo da peneira molecular formará um centro de ácido de Lewis, cuja estrutura é um átomo de alumínio com três coordenadas e um átomo de silício com carga positiva gerado ao mesmo tempo. Há uma opinião de que o ácido de Lewis é produzido a partir do átomo de alumínio de seis coordenadas formado no local do catião. A composição do crivo molecular PSA, expressa pela relação entre o silício e o alumínio, tem uma grande influência na sua acidez e força ácida, pelo que o crivo molecular pode ser utilizado como um catalisador de ácido sólido.
