氧化预处理活性炭载体负载铋催化剂及其乙炔氢氯化性能研究

发布时间：2017-09-27 10:00

  本文关键词：氧化预处理活性炭载体负载铋催化剂及其乙炔氢氯化性能研究

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【摘要】：聚氯乙烯(PVC)在国民经济中具有重要作用,广泛应用于建筑、农业、工业、科技等各行各业中。氯乙烯单体(VCM)是聚氯乙烯不可替代的原料。由于我国“贫油富煤”的能源现状,电石乙炔法(乙炔氢氯化反应)合成氯乙烯在我国一直占据主导地位,该法以活性炭负载HgCl2为催化剂。由于汞排放造成严重的环境污染,使聚氯乙烯行业面临严峻考验,因此研究绿色无汞催化剂以取代汞催化剂具有重要的现实意义。活性炭负载金属催化剂是目前无汞催化剂研究的重要对象之一,作为负载型无汞催化剂的重要组成部分,载体的结构与性质直接影响着催化剂的催化性能。对载体的预处理是改善载体性质的重要手段。通过预处理可达到改变活性炭载体的物理及化学性质的目的,从而改善催化剂的催化性能。本论文以活性炭负载非贵金属铋催化剂为无汞催化剂的研究对象,考察了氧化预处理活性炭载体及金属助剂对处理后活性炭载体负载铋催化剂催化性能的影响。利用N_2吸附脱附(BET表征)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线粉末衍射分析(XRD)、程序升温还原(H_2-TPR)、热重(TG)、傅里叶-红外(FT-IR)、Boehm滴定、X射线光电子能谱(XPS)等表征手段对载体和催化剂进行了分析,说明了预处理后活性炭载体结构与催化剂催化性能之间的构效关系。主要工作及结果如下:(1)探究了HNO_3、H_2SO_4、H_2O_2和KMnO_4等试剂氧化预处理活性炭对铋催化剂乙炔氢氯化催化性能的影响,结果发现不同氧化性试剂预处理的催化剂活性都有所提高,顺序为H_2O_2HNO_3≈H_2SO_4KMnO_4,KMnO_4、H_2SO_4和HNO_3预处理后活性炭表面的含氧官能团含量有所增加,但活性炭的比表面积有不同程度的降低,影响催化剂的活性。H_2O_2预处理后催化剂的催化活性较佳,且H_2O_2预处理时催化剂的催化活性与其浓度有关:浓度升高时,预处理后催化剂的活性(乙炔转化率)增加较大,但浓度过高时催化剂活性有所降低。其中15%H_2O_2预处理活性炭后催化剂的催化活性最佳。表征结果说明适宜浓度的H_2O_2预处理活性炭会增加载体表面含氧基团和活性炭的比表面积及孔容,这有利于活性组分的负载和分散,以及活性组分物种在载体上形成较好的结晶状态,增强活性组分物种与载体之间作用力,使得催化剂活性提高。H_2O_2浓度过高时,会对催化剂的孔道结构破坏导致活性炭载体的比表面积和孔容降低,降低催化剂的活性。(2)考察了HNO_3、H_3PO_4、CH3COOH和B2O_3溶液处理AC-H_2O_2活性炭对催化剂的乙炔氢氯化催化性能的影响,不同酸处理后催化剂性能从高到低所对应的顺序为CH3COOHHNO_3H_3PO_4B2O_3。HNO_3处理后催化剂的活性增加,但催化剂的稳定性较差;H_3PO_4处理时对催化剂的催化性能影响不大;B2O_3处理后催化剂的催化性能降低;CH3COOH处理后催化剂的催化性能最佳。对催化剂和载体的表征结果说明,CH3COOH处理后活性炭载体的物理结构未发生明显变化,活性炭表面含氧官能团(主要是羟基和羧基)增加,使载体表面极性增加,有利于对活性组分的吸附和金属分散,使催化剂表面活性中心的数目增加,活性组分与载体作用增强,催化剂的催化活性提高。(3)考察了Zn、Fe、Mg、K、La、Ce等金属助剂对处理后活性炭负载铋催化剂乙炔氢氯化催化性能的影响,结果发现催化活性顺序为:ZnBiFeLaMg≈CeK。Zn助剂的添加可改善Bi/AC-H_2O_2-A的活性,K助剂的添加会降低催化剂的催化活性。表征结果表明,Zn助剂添加后增加了活性组分在催化剂表面的分散,使催化剂的活性中心增加,从而使Zn-Bi/AC-H_2O_2-A催化剂表现出较高的乙炔氢氯化催化活性,但催化剂在反应过程中产生的积炭易使催化剂失活。K助剂添加后,反应过程中的积炭量增加,堵塞了催化剂的部分孔道,减少了催化剂的活性位点从而导致催化活性下降,不利于改善Bi/AC-H_2O_2-A催化剂的性能。
【关键词】：乙炔氢氯化 铋催化剂 活性炭 氧化处理
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 综述11-22
• 1.1 聚氯乙烯的概述11-12
• 1.2 无汞催化剂研究现状12-17
• 1.2.1 贵金属催化体系13-15
• 1.2.2 非贵金属催化体系15-17
• 1.2.3 非金属催化体系17
• 1.3 活性炭载体的氧化预处理研究17-18
• 1.4 本论文的研究意义18-19
• 1.5 本论文的技术路线及研究内容19-22
• 1.5.1 技术路线19-20
• 1.5.2 研究内容20-22
• 第二章 实验部分22-29
• 2.1 材料与试剂22
• 2.2 实验装置与分析仪器22-24
• 2.3 催化剂的制备24-25
• 2.3.1 活性炭饱和吸水率的测定24
• 2.3.2 活性炭的预处理24
• 2.3.3 活性组分溶液的配制24
• 2.3.4 催化剂制备24-25
• 2.4 催化剂的表征25-27
• 2.4.1 N_2吸附-脱附25
• 2.4.2 扫描电镜（SEM）和EDS元素分析25
• 2.4.3 透射电镜（TEM）25
• 2.4.4 X-射线粉末衍射分析（XRD）25
• 2.4.5 红外分析（FT-IR）25-26
• 2.4.6 程序升温还原（H_2-TPR）26
• 2.4.7 热重分析（TG）26
• 2.4.8 X射线光电子能谱（XPS）26
• 2.4.9 Boehm滴定法测载体表面含氧官能团的含量26-27
• 2.5 催化剂的评价27-28
• 2.6 产物分析和评价指标28-29
• 第三章 氧化性试剂预处理活性炭对铋催化剂乙炔氢氯化性能影响的研究29-43
• 3.1 实验部分30-31
• 3.1.1 载体的预处理30
• 3.1.2 催化剂的制备30
• 3.1.3 催化剂的性能评价30-31
• 3.2 结果与讨论31-41
• 3.2.1 氧化试剂预处理活性炭对铋催化剂乙炔氢氯化催化性能的影响31-35
• 3.2.1.1 氧化性试剂预处理活性炭负载铋催化剂的催化性能31-32
• 3.2.1.2 催化剂的表征32-35
• 3.2.2 H_2O_2浓度对铋催化剂乙炔氢氯化催化性能的影响35-41
• 3.2.2.1 载体的预处理35
• 3.2.2.2 催化剂的制备35
• 3.2.2.3 不同H_2O_2浓度预处理活性炭负载铋催化剂的催化性能35-36
• 3.2.2.4 载体和催化剂的表征36-41
• 3.3 本章小结41-43
• 第四章 酸-双氧水处理活性炭对铋催化剂乙炔氢氯化催化性能影响的研究43-56
• 4.1 实验部分43-44
• 4.1.1 载体的处理43
• 4.1.2 催化剂的制备43-44
• 4.1.3 催化剂的性能评价44
• 4.2 结果与讨论44-55
• 4.2.1 不同酸处理AC-H_2O_2活性炭对铋催化剂乙炔氢氯化催化性能的影响44-52
• 4.2.1.1 不同酸处理后铋催化剂的催化性能44-45
• 4.2.1.2 载体及催化剂的表征45-52
• 4.2.2 醋酸处理AC-H_2O_2活性炭负载铋催化剂条件的优化52-55
• 4.2.2.1 醋酸浓度对催化剂催化性能的影响52-53
• 4.2.2.2 H_2O_2和CH_3COOH的处理顺序对催化剂催化性能的影响53-54
• 4.2.2.3 不同活性炭载体对催化剂催化性能的影响54-55
• 4.3 本章小结55-56
• 第五章 金属助剂对AC-H_2O_2-A活性炭负载铋催化剂乙炔氢氯化催化性能影响的研究56-67
• 5.1 实验部分56-57
• 5.1.1 载体的处理56-57
• 5.1.2 催化剂的制备57
• 5.1.3 催化剂的性能评价57
• 5.2 结果与讨论57-66
• 5.2.1 金属助剂对铋催化剂乙炔氢氯化催化性能的影响57-62
• 5.2.1.1 添加金属助剂后铋催化剂的催化性能57-58
• 5.2.1.2 催化剂的表征58-62
• 5.2.2 K助剂对铋催化剂乙炔氢氯化催化性能的影响62-66
• 5.2.2.1 K含量对催化剂的催化性能的影响62-63
• 5.2.2.2 催化剂表征63-66
• 5.3 本章小结66-67
• 第六章 结论与展望67-70
• 6.1 结论67-68
• 6.2 展望68-70
• 参考文献70-74
• 研究生期间发表的论文74-75
• 致谢75

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本文编号：929023