氮硫共掺杂碳负载金催化乙炔氢氯化反应性能研究

发布时间：2017-09-30 22:20

  本文关键词：氮硫共掺杂碳负载金催化乙炔氢氯化反应性能研究

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【摘要】：聚氯乙烯作为五大通用树脂之一在全国范围内运用广泛。目前,我国工业上大部分都采用乙炔氢氯化法生产其单体氯乙烯,但是在制备过程中使用的氯化汞催化剂带来的种种问题已经严重制约着它的发展,随着2013年《水俣公约》的签订,无汞催化剂的成功开发与否已经直接关系到我国氯乙烯行业发展的未来。在无汞催化剂的研究过程中,活性炭负载的氯化金催化剂被认为是最有潜力工业化的催化剂,可是单金属金催化剂虽然初始活性高、选择性好但极易失活,在空速1480 h-1、温度180℃、V(HCl)/V(C_2H_2)=1.2的反应条件下,反应12h后,氯乙烯的转化率由71.2%降低至37.1%。我们从增强载体与金活性组分之间的相互作用的角度出发,制备出含有杂原子氮和硫的共掺杂碳材料,这种碳材料负载的金催化剂在相同的反应条件下,其初始催化活性高达84.4%,反应12h后,氯乙烯的转化率仅降低了3.8%,极大地提高了单金属金催化剂催化乙炔氢氯化反应的活性和稳定性。经过深入地研究和分析,我们发现氮硫共掺杂碳材料中的杂原子氮和杂原子硫稳定活性组分Au~(3+)作用机理是不同的。杂原子氮通过提高活性组分金周围的电子云密度,增加金催化剂对氯化氢的吸附能力,提高活性组分金在反应气氛中的稳定性;而杂原子硫则通过锚定Au~(3+),提高活性组分的还原温度,增强金催化剂的抗还原能力。杂原子氮和硫的作用相互结合使氮硫共掺杂碳材料负载金催化剂中Au~(3+)的含量和稳定性得到了极大提高。不仅如此,这篇论文还将较前沿的有机离子液体运用到氮硫共掺杂材料的制备中,考察了不同制备温度下,离子液体氮硫共掺杂碳材料的性质以及这些性质对金催化乙炔氢氯化反应的影响。
【关键词】：氮硫共掺杂 活性炭 金催化剂 乙炔氢氯化 氯乙烯
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TQ222.423
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 文献综述10-35
• 1.1 氯乙烯的性质与应用10-12
• 1.2 现有氯乙烯主要生产工艺12-14
• 1.2.1 乙烯法12-13
• 1.2.2 乙烷法13
• 1.2.3 乙炔法13-14
• 1.3 乙炔氢氯化反应催化剂的研究概况14-33
• 1.3.1 低汞催化剂15-16
• 1.3.2 金催化剂16-25
• 1.3.2.1 金催化剂的失活与机理17-21
• 1.3.2.2 稳定金催化剂的研究21-25
• 1.3.3 其他无汞催化剂25-33
• 1.3.3.1 贵金属催化剂(除金外)25-29
• 1.3.3.2 非贵金属催化剂29-31
• 1.3.3.3 非金属催化剂31-33
• 1.4 选题依据及研究内容33-35
• 第二章 乙炔氢氯化反应金催化剂的研究方法35-41
• 2.1 实验试剂与仪器35-36
• 2.2 催化剂制备方法36-37
• 2.2.1 活性炭载体预处理36
• 2.2.2 掺杂碳材料的制备36-37
• 2.2.3 负载金催化剂的制备37
• 2.3 样品物化性质表征37-39
• 2.3.1 X-射线粉末衍射(XRD)37
• 2.3.2 X-射线光电子能谱(XPS)37-38
• 2.3.3 透射电子显微镜(TEM)38
• 2.3.4 拉曼光谱(Raman)38
• 2.3.5 热重分析(TG)38
• 2.3.6 程序升温还原(H2-TPR)38-39
• 2.4 催化性能评价39-41
• 第三章 硫掺杂碳负载金催化剂41-54
• 3.1 前言41-42
• 3.2 硫掺杂碳材料的性质42-46
• 3.3 硫掺杂碳负载金催化剂46-53
• 3.3.1 杂原子硫对金催化性能的影响46-48
• 3.3.2 杂原子硫对金催化剂还原性质的影响48-49
• 3.3.3 硫原子对催化剂金颗粒度的影响49-50
• 3.3.4 硫原子对催化剂中Au~(3+)含量的影响50-53
• 3.4 本章小结53-54
• 第四章 有机氮硫共掺杂碳负载金催化剂54-69
• 4.1 前言54
• 4.2 有机氮硫共掺杂碳材料的性质54-58
• 4.3 有机氮硫共掺杂碳负载金催化剂58-68
• 4.3.1 有机氮硫共掺杂对金催化性能的影响58-60
• 4.3.2 有机氮硫共掺杂对金颗粒度的影响60-62
• 4.3.3 有机氮硫共掺杂对金催化剂还原性质的影响62-63
• 4.3.4 有机氮硫共掺杂对Au~(3+)含量的影响63-65
• 4.3.5 有机氮硫共掺杂对金活性位的影响65-68
• 4.4 本章小结68-69
• 第五章 离子液体氮硫共掺杂碳负载金催化剂69-86
• 5.1 前言69-70
• 5.2 离子液体氮硫共掺杂碳材料的性质70-76
• 5.2.1 氮、硫官能团的种类和含量70-73
• 5.2.2 材料的掺杂程度分析73-76
• 5.3 离子液体氮硫共掺杂碳负载金催化剂76-85
• 5.3.1 离子液体氮硫共掺杂对金催化性能的影响76-79
• 5.3.2 离子液体氮硫共掺杂对金颗粒的影响79
• 5.3.3 氮硫掺杂温度对金还原性质的影响79-80
• 5.3.4 氮硫掺杂程度对Au~(3+)含量的影响80-83
• 5.3.5 杂原子氮、硫对活性组分的锚定作用83-85
• 5.4 本章小结85-86
• 第六章 总结与展望86-89
• 6.1 总结86-88
• 6.2 展望88-89
• 参考文献89-101
• 作者简介101
• 攻读硕士期间发表论文情况101-103
• 致谢103

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