载体改性对乙炔氢氯化反应钌基催化剂性能的影响

摘要

聚氯乙烯(PVC)树脂是世界五大工程塑料之一，在各行各业有着非常广泛的应用。目前氯乙烯单体的工业合成方法主要有乙烯法和乙炔法。发达国家多采用石油化工资源的乙烯法，但因为我国特殊的“富煤、贫油、少气”的能源结构和乙烯原料匮乏，决定了占据我国合成氯乙烯工艺路线主导地位的是乙炔氢氯化法。在电石法氯乙烯生产中，氯化汞催化剂由于其催化活性与选择性都比较理想而成为广泛应用的催化剂。但是，氯化汞催化剂的升华、流失为人类和环境所带来的毒性与污染成为长期困扰电石法PVC工艺路线的问题。为实现电石法PVC工艺路线的可持续发展，必须开发环境友好的、高性能的、能替代汞系催化剂的新型无汞催化剂。本文主要从载体改性对乙炔氢氯化反应中Ru基催化剂活性组分和Ru颗粒大小的影响方面来探讨。主要研究内容为以下三个方面：
　　(1)合成3D复合碳氮材料(g-C3N4 NS-CNT)载体负载RuCl3制备Ru/g-C3N4 NS-CNT催化剂， N2-吸附脱附曲线(BET)表明了g-C3N4 NS-CNT材料的多孔结构，这可以提供大量的活性位，X射线衍射(XRD)说明g-C3N4 NSs和CNTs的特征峰被完好保存在3D g-C3N4 NS-CNT复合材料中， XPS证明了它们之间的强耦合作用。活性测试可知，复合材料载体负载的Ru基催化剂的催化活性有一定程度的提高。
　　(2)对活性炭表面进行一步和两步液相氧化法的改性，用沉淀-浸渍法和还原法制备Ru基催化剂。由活性测试可知，两步液相法制备的Ru基催化剂的初始活性要比一步法的高，由TEM和CO-TPD表征解释原因为，用两步氧化法处理后的载体会使Ru基催化剂产生更小粒径的均一Ru颗粒。
　　(3)对活性炭(AC)表面进行-NO2，-NH2和-NHN氮官能团的改性，以AC和改性后的活性炭为载体，RuCl3为活性组分，通过等体积浸渍法制备 Ru基催化剂。用傅立叶红外光谱(FT-IR)、N2-吸附脱附曲线(BET)和元素分析来验证氮官能团的引入，用X射线光电子能谱分析(XPS)和分峰软件来说明不同Ru物种的变化，用程序升温脱附(TPD)来观察对HCl和C2H3Cl的吸附情况。经过活性测试可知，改性载体负载的Ru基催化剂相对于未改性负载的催化剂，活性有大幅度提高，主要的原因归于RuO2活性组分的增加和HCl吸附的增强。

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第一章 文献综述

1.1氯乙烯的性质及用途

1.2氯乙烯的生产工艺

1.3乙炔氢氯化反应多相无汞催化剂研究

1.4乙炔氢氯化反应载体的研究

1.5催化剂的失活和再生

1.6选题依据与研究内容

第二章 实验部分

2.1实验原料

2.2实验仪器

2.3载体和催化剂的表征

2.4催化剂性能评价及评价指标

第三章 碳氮材料C3N4对Ru基催化剂催化活性的影响

3.1前言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.4本章小结

第四章 氧基团对Ru基催化剂催化活性的影响

4.1前言

4.2实验部分

4.3结果与讨论

4.4本章小结

第五章 氮官能团对Ru基催化剂催化活性的影响

5.1前言

5.2实验部分

5.3结果与讨论

5.4本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

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