[發(fā)明專利]一種金基催化劑及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711395428.0
• 申請(qǐng)日: 2017-12-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108126721B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 段新平;尹燕;袁友珠;趙郁鑫;葉林敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J27/20
• 分類號(hào): B01J27/20;B01J37/02;B01J37/08;C07C17/08;C07C21/06
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 劉奇

本發(fā)明提供了一種金基催化劑的制備方法，本發(fā)明采用第一改性助劑對(duì)碳材料進(jìn)行改性，可以使金活性組分優(yōu)先與磺酸根基團(tuán)發(fā)生作用并可以以小簇的形式穩(wěn)定存在，有效抑制金活性組分粒子長(zhǎng)大，從而保證所述金基催化劑的高穩(wěn)定性；同時(shí)采用第二改性助劑對(duì)碳材料進(jìn)行改性，能夠在金基催化劑表面起到吸附活化乙炔和解離氯化氫的作用。采用本發(fā)明提供的方法制備得到的金基催化劑應(yīng)用于乙炔氫氯化合成氯乙烯中，能有效提高催化能效。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及催化材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種金基催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

聚氯乙烯(PVC)是最重要的世界五大工程材料之一。在我國(guó)“貧油少氣富煤”的能源結(jié)構(gòu)前提下，乙炔氫氯化制氯乙烯單體是最重要的化工過(guò)程之一。以乙炔為原料制氯乙烯的煤化工路線市場(chǎng)占有率達(dá)到了75％以上，占據(jù)著絕對(duì)的主導(dǎo)地位。目前，工業(yè)生產(chǎn)氯乙烯單體過(guò)程中的普遍采用活性炭負(fù)載HgCl₂催化劑(HgCl₂/C)，然而汞催化劑有明顯的弊端：在工業(yè)應(yīng)用中乙炔氫氯化的反應(yīng)溫度高導(dǎo)致汞揮發(fā)而流失，最終縮短催化劑的壽命；其次是汞基催化劑對(duì)操作人員的人身安全構(gòu)成威脅，且流失的汞組分對(duì)環(huán)境造成很大的傷害和負(fù)擔(dān)。另一方面，我國(guó)的氯乙烯生產(chǎn)是造成汞消耗最大的產(chǎn)業(yè)，接近90％的汞資源都用于PVC產(chǎn)業(yè)。近年來(lái)，隨著汞資源的日益枯竭，人們對(duì)環(huán)保的不斷關(guān)注以及國(guó)家對(duì)環(huán)保的不斷重視且國(guó)家相關(guān)法律法規(guī)的即將出臺(tái)，替代氯化汞催化劑生產(chǎn)氯乙烯勢(shì)在必行。

英國(guó)卡迪夫大學(xué)Hutchings等人(Journal ofcatalysis，1985，96(1)：292-295)研究發(fā)現(xiàn)金碳基催化劑具有最佳的乙炔氫氯化催化活性，且不易流失，金基催化劑被公認(rèn)為是最有可能替代汞催化劑的下一代新型乙炔氫氯化潛在的工業(yè)催化劑。雖然金基催化劑具有上述優(yōu)點(diǎn)，但目前金基催化劑所面臨的主要問(wèn)題是其穩(wěn)定性達(dá)不到工業(yè)化的要求。這主要是因?yàn)榉磻?yīng)過(guò)程中高價(jià)態(tài)金活性物種極易被還原成零價(jià)金物種而導(dǎo)致催化劑活性相團(tuán)聚而失活。為了穩(wěn)定金基催化劑的活性，研究者們嘗試通過(guò)改進(jìn)制備方法控制穩(wěn)定超細(xì)高分散金納米粒子或小簇，從而提高高氧化態(tài)的金含量，進(jìn)而穩(wěn)定其乙炔氫氯化催化活性。目前已有報(bào)道采用單非金屬如N、P、B對(duì)炭載體進(jìn)行改性，但仍難以兼顧金活性中心的穩(wěn)定性和乙炔及氯化氫在炭載體表面的吸附活化功能，導(dǎo)致得到的金基催化劑的催化活性和穩(wěn)定性仍不能滿足工業(yè)應(yīng)用條件。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種金基催化劑及其制備方法和應(yīng)用，將本發(fā)明提供的金基催化劑應(yīng)用于乙炔氫氯化合成氯乙烯，能在乙炔高空速下依然具有高活性和高穩(wěn)定性。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種金基催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)將碳材料浸漬在改性助劑水溶液中，得到浸漬碳材料；其中，所述改性助劑水溶液中的改性助劑包括第一改性助劑和第二改性助劑，所述第一改性助劑包括硫酸銨或硫代硫酸銨，所述第二改性助劑包括磷酸銨、三聚氰胺或硼酸；

(2)將所述步驟(1)得到的浸漬碳材料依次進(jìn)行干燥和焙燒，得到改性碳載體；

(3)采用等體積浸漬法將所述步驟(2)得到的改性碳載體浸漬在金鹽溶液中，干燥，得到金基催化劑。

優(yōu)選的，所述步驟(1)中碳材料為活性炭。

優(yōu)選的，所述步驟(1)中碳材料與改性助劑的質(zhì)量比為20：(1～10)，其中，硫酸銨和硫代硫酸銨的質(zhì)量以硫的質(zhì)量計(jì)，磷酸銨的質(zhì)量以磷的質(zhì)量計(jì)，三聚氰胺的質(zhì)量以氮的質(zhì)量計(jì)，硼酸的質(zhì)量以硼的質(zhì)量計(jì)。

優(yōu)選的，所述步驟(1)中改性助劑水溶液的濃度為0.1～0.5mol/L。

優(yōu)選的，所述步驟(2)中焙燒的溫度為300～600℃，焙燒的時(shí)間為4～8h。