[發明專利]氮摻雜碳基催化劑及其在催化乙炔氫氯化反應制備氯乙烯中應用

在審

• 申請號: 202010544803.9
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111715258A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 韓業俊;吳小余
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C07C17/08;C07C21/06
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

本發明公開了一種氮摻雜碳基催化劑及其在催化乙炔氫氯化反應中的應用。所屬催化劑通過如下方法制備獲得：先將蝦殼粉經過酸洗、干燥處理后作為載體備用；然后將含氮化合物溶于去離子水配制成含氮化合物浸漬溶液；再將所述酸洗處理后的蝦殼粉加入到配制成的含氮化合物浸漬溶液中浸漬，然后干燥；最后將上述浸漬后的蝦殼粉進行高溫碳化處理，制備得到目標氮摻雜碳基催化劑。本發明所得的氮摻雜碳基催化劑，與現有氯化汞催化劑相比，不僅保證了高轉化率、高選擇性和良好的穩定性，而且具有資源可再生、節能環保等優點，更適合工業化應用。

技術領域

本發明涉及一種乙炔氫氯化制備氯乙烯的方法，特別是涉及一種碳基催化劑及其在乙炔氫氯化制備氯乙烯中的應用，應用于氯乙烯制備技術領域。

背景技術

電石乙炔法生產聚氯乙烯的工業方法中仍大量使用著氯化汞催化劑，而工業生產的條件容易導致氯化汞揮發，使得環境造成污染，并且其毒性會對人類健康造成威脅，因此國內外學者都在努力探索可替代氯化汞的催化劑。比如，將貴金屬金負載在碳材料載體上，所制備的催化劑展現出優良的催化性能。貴金屬催化劑受高成本和低穩定性限制，無法推廣應用于工業生產。銅基催化劑因其低成本和可觀的催化性能成為替代氯化汞的良好催化劑的候選者。

最近，氮摻雜碳基催化劑展現出了巨大應用潛力，并得到學術界廣泛關注。但現有關于氮摻雜碳基催化劑應用于乙炔氫氯化的研究較少，且大多催化性能并不理想，這限制了氮摻雜碳基催化劑的推廣和應用領域。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種氮摻雜碳基催化劑及其在催化乙炔氫氯化反應制備氯乙烯中應用，提供一種低成本，綠色環保的可代替氯化汞催化劑的非金屬催化劑。本發明所得的氮摻雜碳基催化劑，與現有的氯化汞催化劑相比，不僅保證了高轉化率、高選擇性和良好的穩定性，而且具有資源可再生、節能環保等優點，更適合工業化應用。

為達到上述發明創造目的，本發明采用如下技術方案：

一種氮摻雜碳基催化劑，通過如下步驟制備獲得：

步驟1：將蝦殼粉經過酸洗、干燥處理后，作為載體材料備用；

步驟2：將含氮化合物溶于去離子水中，配制成含氮化合物浸漬溶液；

步驟3：將經過所述步驟1中酸洗處理后的蝦殼粉加入到在所述步驟2中配制成的含氮化合物浸漬溶液中，進行浸漬處理，然后干燥，得到催化劑前驅體粉料；

步驟4，將在所述步驟3中制備的催化劑前驅體粉料進行高溫碳化處理，制備得到目標氮摻雜碳基催化劑。

作為本發明優選的技術方案，在所述步驟1中，所述蝦殼粉為蝦殼粉碎所得。

作為本發明優選的技術方案，在所述步驟1中，蝦殼粉的酸洗過程采用的酸溶液為濃度為不低于2.0mol/L的鹽酸溶液，浸泡時長至少12h，干燥溫度不低于120℃，干燥時間不少于12h。

作為本發明優選的技術方案，在所述步驟2中，所述含氮化合物為硫酸銨、氯化銨、碳酸氫銨、丙烯酰胺中的至少一種氮源材料。

作為本發明優選的技術方案，在所述步驟3中，酸洗處理后的蝦殼粉的浸漬過程中含氮化合物溶液濃度為1.0-3.0mol/L，浸漬溫度不低于20℃，浸漬時長至少為12h，干燥溫度不低于120℃，干燥時間至少為12h。

作為本發明優選的技術方案，在所述步驟3中，按照20mL含氮化合物溶液中浸漬20g干燥的蝦殼粉的比例，將蝦殼粉與含氮化合物溶液進行混合。

作為本發明優選的技術方案，在所述步驟4中，高溫碳化處理的具體操作為：以不低于5℃/min的升溫速率升至400-800℃，對催化劑前驅體粉料進行高溫碳化處理，碳化處理時間至少為2h，然后自然冷卻至室溫，得到氮摻雜碳基催化劑。進一步優選升溫速率升至500-700℃，對催化劑前驅體粉料進行高溫碳化處理。