小麦粉衍生中孔氮掺杂颗粒炭负载金催化剂用于乙炔氢氯化反应

doi:10.1016/S1872-2067(18)63109-2

催化学报 ›› 2018, Vol. 39 ›› Issue (10): 1664-1671.DOI: 10.1016/S1872-2067(18)63109-2

小麦粉衍生中孔氮掺杂颗粒炭负载金催化剂用于乙炔氢氯化反应

刘杰, 蓝国钧, 邱一洋, 王小龙, 李瑛

浙江工业大学工业催化研究所, 浙江杭州 310032

收稿日期:2018-04-06 修回日期:2018-05-19 出版日期:2018-10-18 发布日期:2018-08-03
通讯作者: 李瑛
基金资助:
浙江省自然科学基金（LY17B030010）.

Wheat flour-derived N-doped mesoporous carbon extrudes as an efficient support for Au catalyst in acetylene hydrochlorination

Jie Liu, Guojun Lan, Yiyang Qiu, Xiaolong Wang, Ying Li

Institute of Industrial Catalysis, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310032, Zhejiang, China

Received:2018-04-06 Revised:2018-05-19 Online:2018-10-18 Published:2018-08-03
Contact: 10.1016/S1872-2067(18)63109-2
Supported by:
This work was supported by Zhejiang Provincial Natural Science Foundation of China (LY17B030010).

摘要/Abstract

摘要：

聚氯乙烯是五大工程塑料之一，在国民经济中占有重要的地位.基于中国富煤少油缺气的能源格局，我国主要采用基于煤化工的电石法氯乙烯生产工艺，但该工艺必须采用氯化汞催化剂，受到国际限汞公约的影响，无汞催化剂的开发迫在眉睫.其中炭负载金催化剂在该反应中活性最高，近几年来取得了较大进展，有望实现产业化.
氮掺杂的炭材料在诸多反应中展现了较好的性能，其负载金属催化剂可以有效提高金属的分散度及稳定性，成为近几年多相催化领域的一个研究热点.最近我们课题组报道了一种氮掺杂中孔成型的制备方法：以小麦粉为原料，通过直接炭化法制备了氮掺杂中孔成型炭，这种氮掺杂中孔成型炭作为无汞催化剂在乙炔氢氯化反应中显示出了优异的催化性能.小麦粉衍生的氮掺杂中孔成型炭具有成型容易.原料价廉易得、易于放大生产等优点，是优选的工业化催化剂的载体.
本文以这种氮掺杂的成型炭为载体制备了负载型金催化剂，研究其催化乙炔氢氯化性能.结果表明，氮的掺杂使得中孔炭负载金（Au/N-MC）催化剂上乙炔氢氯化活性明显提高.在氯化氢/乙炔比例1.1、反应温度180℃、乙炔空速600 h^-1的条件下，Au/N-MC上的乙炔转化率为50%，是Au/MC催化剂活性的2倍.通过对催化剂的表征发现，氮的掺杂能有效地锚定Au/N-MC催化剂中活性组分Au³⁺，抑制催化剂制备过程中Au³⁺还原为Au⁰，从而提高催化剂活性和稳定性.小麦粉衍生的氮掺杂中孔炭的原料廉价易得，生产工艺简单，易成型，也容易实现工业化生产，是负载型金属催化剂的优良载体，其负载的无汞催化剂性能优越，有望取代电石法氯乙烯产业的汞催化剂，成为新一代无汞催化剂.

关键词: 金催化剂, 无汞催化剂, 乙炔氢氯化, 氮掺杂中孔炭

Abstract:

We recently reported an N-doped mesoporous carbon (N-MC) extrudate, with major quaternary N species, prepared by a cheap and convenient method through direct carbonization of wheat flour with silica, which has excellent catalytic performance in acetylene hydrochlorination. Herein, we examined the activity of Au supported on N-MC (Au/N-MC) and compared it with that of Ausupported on nitrogen-free mesoporous carbon (Au/MC). The acetylene conversion of Au/N-MC was 50% at 180℃ with an acetylene space velocity of 600 h^-1 and V_HCl/V_C2H2 of 1.1, which was double the activity of Au/MC (25%). The introduced nitrogen atoms acted as anchor sites that stabilized the Au³⁺ species and inhibited the reduction of Au³⁺ to Au⁰ during the preparation of Au/N-MC catalysts.

Key words: Au catalyst, Mercury free catalyst, Acetylene hydrochlorination, N doped mesoporous carbon

刘杰, 蓝国钧, 邱一洋, 王小龙, 李瑛. 小麦粉衍生中孔氮掺杂颗粒炭负载金催化剂用于乙炔氢氯化反应[J]. 催化学报, 2018, 39(10): 1664-1671.

Jie Liu, Guojun Lan, Yiyang Qiu, Xiaolong Wang, Ying Li. Wheat flour-derived N-doped mesoporous carbon extrudes as an efficient support for Au catalyst in acetylene hydrochlorination[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2018, 39(10): 1664-1671.

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小麦粉衍生中孔氮掺杂颗粒炭负载金催化剂用于乙炔氢氯化反应

Wheat flour-derived N-doped mesoporous carbon extrudes as an efficient support for Au catalyst in acetylene hydrochlorination

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