Au催化劑界面現象對乙炔氫氯化反應催化作用機制研究.pdf

1、聚氯乙烯（PVC）是世界三大通用樹脂材料之一，是由氯乙烯單體聚合而成。根據我國的能源儲備現狀，目前工業(yè)化的主要生產方式是通過乙炔與氯化氫進行反應生產氯乙烯單體。工業(yè)生產過程中主要使用了活性炭作為載體負載氯化汞作為催化劑，存在的主要問題是活性組分氯化汞的受熱揮發(fā)，不僅使催化劑失活，同時造成環(huán)境污染危害人類健康。因此，為了實現綠色可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，開發(fā)環(huán)境友好的無汞催化劑是研究者亟待解決的問題。
　　前人的研究發(fā)現：金屬氯化物中陽離子的

2、電極電勢與乙炔的轉化率呈一定的關系，貴金屬金催化劑在催化乙炔氫氯化反應中展現了較為優(yōu)異的乙炔轉化率及氯乙烯的選擇性，但活性組分AuCl3在反應過程中的穩(wěn)定性較差，主要失活原因是活性組分Au3+還原成Au0，反應過程中產生的低聚物造成的催化劑載體的積碳。目前，催化劑的穩(wěn)定性是制約金催化劑在電石乙炔法制PVC工藝中應用的主要問題。本論文擬通過系統(tǒng)研究金催化劑與助催化劑及碳載體之間的界面作用，提出有效提高金催化劑穩(wěn)定性的方法，為金催化劑的工業(yè)

3、化應用提供參考。主要的研究內容分為以下幾個方面：
　?。?）以椰殼活性炭為載體，Au納米顆粒為活性組分，通過加入第二金屬組分為助催化劑，考察合金催化劑中“界面效應”對乙炔氫氯化催化性能的影響規(guī)律。在乙炔氫氯化反應活性測試中，乙炔的轉化率并沒有明顯的提高。第二組分金屬的加入并沒有使金與過渡金屬之間發(fā)生相互作用，從而未形成設想的“界面”。同時，助催化劑的加入，在一定程度上降低了反應的穩(wěn)定性。
　?。?）以椰殼活性炭（AC）為載體

4、，AuCl3為活性組分，硫脲為助劑，使金屬陽離子金與配合物硫脲形成“界面”，得到了 Au-硫脲/AC催化劑并應用到乙炔氫氯化反應中。通過硫脲的加入，乙炔的轉化率得到了明顯的提高，0.4％Au-硫脲/AC催化劑的催化活性展現出與1% Au/AC催化劑相同的催化性能。通過TPR分析可知，硫脲的加入使催化劑產生了新的活性組分（Au+）。XRD和TEM直觀的展示了硫脲的加入，使負載在載體上的金催化劑更多的以離子態(tài)的形式存在；XPS分析了金與硫脲

5、的相互作用，硫脲的加入促進了Au0向Au+和Au3+的轉化。Au+起到了活性組分的作用，從而提高了反應的轉化率。TPD分析了金與硫脲的作用下催化劑對氯化氫的吸附-脫附能力，大量的 Au3+和Au+存在促進了催化劑對氯化氫的吸附，從而改善了催化劑的催化性能。
　?。?）改變催化劑的載體，制備中空碳（HCS）作為載體，Au作為活性組分，使中空碳與金納米顆粒形成“界面”，得到了Au/HCS催化劑并應用到乙炔氫氯化反應中。TEM結果表明，