1--氯--1,1--二氟乙烷裂解制备偏氟乙烯研究

摘要

偏氟乙烯是氟化工行业重要的单体之一，主要用于生产聚偏氟乙烯树脂和氟橡胶。聚偏氟乙烯树脂兼具氟树脂和通用树脂的特性，除具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐辐射性外，还具有压电性、介电性和热电性等特殊性能，在石油化工、电子电气和氟碳涂料领域应用广泛。氟橡胶具有出色的耐高温性、耐油性、耐溶剂性和物理机械性能，是不可缺少的基础材料。 偏氟乙烯主要由1-氯-1，1-二氟乙烷(HCFC-142b)高温裂解制备。本文在镍制裂解管中研究了温度、原料流速对HCFC-142b裂解反应转化率和主副反应选择性的影响，结果表明转化率随温度的升高、流速的减小而增大，温度高于600℃后，偏氟乙烯选择性下降，CFCl=CH2选择性随温度升高而增加，CH3CF3选择性随温度升高而减小;流速减小容易出现结碳现象，偏氟乙烯选择性下降。较适宜的裂解温度为550～600℃，较适宜的流速为0.15～0.6L/min。 本文用GC-MS方法对HCFC-142b裂解反应产物进行了分析和结构鉴定，产物主要组分为偏氟乙烯、HCFC-142b、CFCl=CH2和CF3CH3。使用密度泛函理论方法在uB3LYP/6-31+G(d，p)水平上计算和分析了主要反应的反应路径、热力学数据和活化能，其中脱HCl反应活化能为225.49kJ/mol，脱HF反应活化能为271.15kJ/mol。 本文研究了活性炭负载FeCl3、CuCl2和NiCl2对HCFC-142b裂解过程的影响，发现FeCl3和CuCl2能提高反应转化率，CuCl2还能有效提高偏氟乙烯选择性，本文推测其机理为正碳离子机理。所有负载型催化剂均存在催化剂寿命短的问题，原因可能为负载型催化剂在本体系中存在流失现象，且反应产生的微量结碳容易沉积在催化剂表面加速催化剂的失活。 本文研究了裂解管材质对HCFC-142b裂解过程的影响，发现铁、铜能加速反应进行，铜的使用还能提高偏氟乙烯选择性，但铁含量的增加对选择性不利，本文推测裂解管管壁在裂解过程中能形成金属化合物，起到催化作用，作用机理也为正碳离子机理。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 文献综述

1．1 前言

1．2 偏氟乙烯的应用与制备

1．2．1 偏氟乙烯的应用

1．2．2 偏氟乙烯的制备

1．3 HCFC-142b裂解制备偏氟乙烯

1．3．1 裂解方法

1．3．2 裂解机理

1．4 量子化学理论基础

1．4．1 密度泛函理论(DFT)

1．4． 2 基组的选择

1．4．3 过渡态理论(TST)

1．4．4 内禀反应坐标(IRC)

1．4．5 自然键轨道理论(NBO)

1．4．6 Gaussian计算软件

1．5 本文研究内容简介

第二章 实验部分

2．1 实验原料与设备

2．1．1 实验原料和试剂

2．1．2 主要仪器设备

2．2 实验装置及操作步骤

2．3 分析方法

2．3．1 气相色谱分析

2．3．2 气质联用分析

2．4 气密性检测

第三章 HCFC-142b镍管裂解研究

3．1 裂解产物结构分析

3．2 相对质量校正因子的测定和计算

3．3 温度对HCFC-142b裂解反应的影响

3．4 HCFC-142b流速对裂解反应的影响

3．5 量子化学计算研究

3．5．1 反应路径分析

3．5．2 热力学分析

3．5．3 动力学分析

3．6 本章小节

第四章 HCFC-142b催化裂解研究

4．1 催化剂制备

4．2 活性炭对HCFC-142b裂解反应影响

4．3 活性炭负载FeCl3对HCFC-142b裂解反应影响

4．4 活性炭负载CuCl2对HCTC-142b裂解反应影响

4．5 活性炭负载NiCl2对HCFC-142b裂解反应影响

4．6 本章小结

第五章 裂解管材质对HCFC-142b裂解反应影响研究

5．1 裂解管壁面元素组成的改变

5．2 镍铬合金对HCFC-142b裂解反应的影响

5．3 304不锈钢材质对HCFC-142b裂解反应的影响

5．4 紫铜材质对HCFC-142b裂解反应的影响

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 本文研究特色

6．3 展望

作者简历及在学期间所取得的科研成果

参考文献