负载型铜基催化剂对乙烷氧氯化制备氯乙烯反应的研究

发布时间：2017-12-17 22:30

  本文关键词：负载型铜基催化剂对乙烷氧氯化制备氯乙烯反应的研究

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【摘要】：氯乙烯(简称为VCM)是一种十分重要的化工基础材料。在氯乙烯的三种制备方法中,与乙炔法、乙烯法相比,乙烷氧氯化法具有成本低廉、生产过程污染少等优点。然而,目前实现乙烷氧氯化工业化的首要问题是研发出寿命长、热稳定性高的优良催化剂。为此我们选用耐高温的钙钛矿化合物作为助剂,氯化铜为活性组分,γ-Al_2O_3为载体,合成了负载型铜基催化剂。探讨助剂和活性组分之间存在的协同作用,同时也开展了用钾离子修饰对催化剂物理化学性能的影响。采用 XRD、BET、H2-TPR、XPS、TG-DSC、SEM、O2-TPD 和 C2H6-TPD等多种表征方法对催化剂的结构和物理化学性能进行分析,得到的实验结果总结如下:(1)分别采用浸渍法和溶胶凝胶法制备了 CuCl_2-γ-Al_2O_3和单、双钙钛矿型化合物助剂,然后用机械混合法将助剂与CuCl_2-γ-Al_2O_3进行混合而制备成单、双钙钛矿负载铜基催化剂。详细研究了 B位分别为Fe、Al和Mn的钴系双钙钛矿型催化剂La_2BCoO_6-CuCl_2-γ-Al_2O_3与B位分别为Fe、Al、Mn、和Co的相对应的单钙钛矿型催化剂LaBO3-CuCl_2-γ-Al_2O_3用于乙烷氧氯化反应的催化性能。结果发现,双钙钛矿负载铜基催化剂的C2H6转化率和C2H3Cl选择性明显要高于相应的单钙钛矿负载铜基催化剂。由于双钙钛矿结构中,B位原子的八面体构造由B'O6和B"O6交替排列存在,B'以及B"离子被氧隔开而成B'-O-B"结构,有超交换作用,并且该B'-O-B"结构具有的180°超交换作用在钙钛矿结构中发挥着主导的作用,因此使双钙钛矿负载铜基催化剂展现出优良的催化性能。(2)采用机械混合法合成了催化剂La_2MnCoO_6-CuCl_2-γ-Al_2O_3、La_2FeCoO_6-CuCl_2-γ-Al_2O_3 和 La_2AlCoO_6-CuCl_2-γ-Al_2O_3。催化活性测试发现,上述三种催化剂的C2H6转化率分别为98%、97%和100%;C2H3Cl选择性分别为38%、47%和44%。相比之下,La_2AlCoO_6-CuCl_2-γ-Al_2O_3催化剂的乙烷氧氯化性能优于 La_2MnCoO_6-CuCl_2-γ-Al_2O_3 和 La_2FeCoO_6-CuCl_2-γ-Al_2O_3两种催化剂。(3)为了研究双钙钛矿助剂和活性组分CuCl_2之间的协同作用,我们对 La_2AlCoO_6-CuCl_2-γ-Al_2O_3 与γ-Al_2O_3,CuCl_2,CuCl_2-γ-Al_2O_3,La_2AlCoO_6和La_2AlCoO_6-γ-Al_2O_3几种催化剂的催化性能进行对比分析,结果发现,制备的双钙钛矿负载铜基催化剂La_2AlCoO_6-CuCl_2-γ-Al_2O_3表现出较好的催化性能,其C2H6转化率100%,C2H3Cl选择性43.8%。该催化剂这种优良的催化性能主要是因为其表面具有大量的表面吸附氧和双钙钛矿La_2AlCoO_6助剂与活性组分CuCl_2之间存在的协同作用。La_2AlCoO_6与CuCl_2之间的协同作用降低了 Cu2+→Cu+的还原过程中的还原活化能,使Cu2+更容易被活化和还原,因此提高了催化剂La_2AlCoO_6-CuCl_2-γ-Al_2O_3的催化性能。(4)对La_2AlCoO_6-CuCl_2-γ-Al_2O_3催化剂进行钾离子修饰,研究发现,在不同钾离子修饰的双钙钛矿负载铜基催化剂La_2-xKxAlCoO_6-CuCl_2-γ-Al_2O_3(x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)中,当 x 是 0.4 时,催化剂 La1.6K0.4AlCoO_6-CuCl_2-γ-Al_2O_3展现出良好的催化性能,其C2H6转化率是100%,C2H3Cl选择性是58%。在反应40h后,La1.6K0.4AlCoO_6-CuCl_2-γ-Al_2O_3催化剂并未出现失活的现象,并且其C2H6转化率和C2H3Cl选择性基本变化不大,可见催化剂La1.6K0.4AlCoO_6-CuCl_2-γ-Al_2O_3不仅有优异的催化活性,而且也有良好的稳定性。
【学位授予单位】：内蒙古大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O643.36;TQ222.423

【参考文献】

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本文编号：1301842