[發(fā)明專利]一種氮摻雜活性炭催化劑及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410854518.1
• 申請(qǐng)日: 2014-12-26
• 公開（公告）號(hào): CN104475143A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜標(biāo);沈兆兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院
• 主分類號(hào): B01J27/24
• 分類號(hào): B01J27/24;C07C21/06;C07C21/10;C07C17/25
• 代理公司: 上海碩力知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31251
• 代理人: 王法男

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及活性炭催化劑，具體涉及一種氮摻雜活性炭催化劑及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

三氯乙烯(TCE)作為一種重要的化工產(chǎn)品，主要用于生產(chǎn)制冷劑HCF-134a的原料，清洗劑和化工中間體，用于化工中間體的需求呈逐年上升態(tài)勢(shì)。截至2012年，國(guó)外產(chǎn)能48萬(wàn)噸/a，實(shí)際產(chǎn)量不足20萬(wàn)噸/a；國(guó)內(nèi)三氯乙烯生產(chǎn)總產(chǎn)能有40萬(wàn)噸/a，生產(chǎn)廠家近20家，開發(fā)低成本，低污染的高效催化劑具有巨大的市場(chǎng)前景。

三氯乙烯(TCE)的合成方法包括乙炔法和乙烯法，最早采用的是以乙炔為原料先生成四氯乙烷，四氯乙烷再和氫氧化鈣發(fā)生皂化反應(yīng)，生成三氯乙烯，該工藝是最早實(shí)現(xiàn)三氯乙烯工業(yè)化的技術(shù)，具有投資少，選擇性高等優(yōu)點(diǎn)，主要缺點(diǎn)是生成的副產(chǎn)物氯化鈣無(wú)法回收利用以及生成大量的皂液，給環(huán)境造成很大污染。隨著石油化工技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)外開發(fā)了以乙烯為原料合成三氯乙烯的技術(shù)，乙烯法工藝主要包括兩種：1，乙烯和氯氣為原料，三氯化鐵為催化劑，生產(chǎn)二氯乙烷，二氯乙烷在280-450℃不需要催化劑繼續(xù)氯化生成三氯乙烯和四氯乙烯；1，乙烯和氯氣為原料，三氯化鐵為催化劑，生產(chǎn)二氯乙烷，二氯乙烷再用催化劑在425℃下和氧氣氯氣進(jìn)行氧氯化反應(yīng)生成三氯乙烯和四氯乙烯，乙烯法工藝生產(chǎn)清潔，環(huán)境污染小，但是投資大。

我國(guó)石油資源主要依賴進(jìn)口，煤炭資源豐富，綜合我國(guó)的資源優(yōu)劣態(tài)勢(shì)，發(fā)展乙炔法三氯乙烯更具優(yōu)勢(shì)，加之全球石油資源日趨減少，國(guó)內(nèi)外學(xué)者都在積極開發(fā)以四氯乙烷為原料氣相催化裂解制備三氯乙烯的技術(shù)，該技術(shù)的關(guān)鍵是廉價(jià)高效穩(wěn)定的催化劑研究。20世紀(jì)60-70年代，國(guó)外開展了氣相催化四氯乙烷的研究，所用催化劑主要是以活性炭為載體，負(fù)載大量的氯化鋇，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對(duì)三氯乙烯和四氯乙烯的需求日益增大，國(guó)內(nèi)也開展了大量氣相催化四氯乙烷的研究，北京化工研究院沈陽(yáng)分院率先開展研究，催化劑壽命達(dá)到了50幾個(gè)小時(shí)，未能達(dá)到工業(yè)化要求，接下來(lái)錦西化工研究院也開始了這項(xiàng)技術(shù)研究，經(jīng)過(guò)3年多公關(guān)，開發(fā)了以活性炭為載體，氯化鋇為活性組分的催化工藝，原料轉(zhuǎn)化率達(dá)到84.2％，選擇性97.6％，壽命1400-1500小時(shí)，率先實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，現(xiàn)在浙江巨化化工還是采用這一催化工藝生產(chǎn)三氯乙烯。活性炭負(fù)載氯化鋇作為催化劑，由于氯化鋇具有毒性，失活催化劑中氯化鋇的回收需要很大成本，給環(huán)境造成一定的影響。因此，尋找綠色環(huán)境友好的催化劑是上述化工產(chǎn)品行業(yè)亟待解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是，提供一種氮摻雜活性炭催化劑及其應(yīng)用，解決現(xiàn)有技術(shù)化工產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下：

一種氮摻雜活性炭催化劑，該氮摻雜活性炭催化劑通過(guò)如下步驟制備獲得：

步驟1，將含氮化合物加入水中溶解得到氮化物溶液，所述氮化合物選自氨水、氨氣、吡啶、吡咯、咪唑、丙烯酰胺、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮中的一種或多種；

步驟2，將活性炭加入前述氮化物溶液中浸漬1～24小時(shí)，浸漬溫度為0～25℃；

步驟3，將前述浸漬后的活性炭于40-140℃下至完全干燥，然后在氮?dú)夥罩杏?00-850℃下煅燒4-6小時(shí)，制得所述氮摻雜活性炭催化劑。

優(yōu)選地，所述活性炭選自煤基活性炭、椰殼活性炭、果殼活性炭中的一種或多種。

優(yōu)選地，所述氮化合物的用量與活性炭質(zhì)量百分比為1％～20％。

本發(fā)明還公開了所述的氮摻雜活性炭催化劑在催化四氯乙烷和乙炔反應(yīng)生成三氯乙烯和氯乙烯中的應(yīng)用。

優(yōu)選地，所述氮摻雜活性炭催化劑在催化四氯乙烷和乙炔反應(yīng)中，催化反應(yīng)溫度為190～280℃，空速10～200h^-1。

本發(fā)明還公開了所述的氮摻雜活性炭催化劑在催化四氯乙烷氣相裂解生成三氯乙烯中的應(yīng)用。

優(yōu)選地，所述氮摻雜活性炭催化劑在催化四氯乙烷氣相裂解生成三氯乙烯中，催化反應(yīng)溫度為200～280℃，空速10～200h^-1。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：本發(fā)明利用氮化物和活性炭載體摻雜反應(yīng)，得到氮摻雜活性碳的催化劑，在一定的反應(yīng)條件下進(jìn)行催化反應(yīng)測(cè)試，該催化劑在催化四氯乙烷和乙炔反應(yīng)合成三氯乙烯和氯乙烯、以及催化四氯乙烷裂解生成氯乙烯的反應(yīng)中，均表現(xiàn)出很好的催化性能，轉(zhuǎn)化率和選擇性均很高。

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)具體實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明中所用的原料和試劑均市售可得。

實(shí)施例1