活性炭纤维负载金催化剂绿色制备及乙炔氢氯化性能研究

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乙炔氢氯化反应中碳基载体负载的Au催化剂已经被广泛研究,并且该类催化剂有望取代工业上有毒的汞催化剂。然而,在去除碳基催化剂制备过程中高腐蚀性王水使用的同时,保持催化剂催化活性和稳定性仍然是一个关键性的挑战。本文对乙炔氢氯化反应中金/碳催化剂的碳基载体进行了筛选与研究,通过表征分析不同碳载体负载Au催化剂的孔结构物性参数及不同表面化学性质的影响,并进一步研究活性炭纤维(ACF)负载Au催化剂的催化反应理论。主要工作与结果(论)如下:(1)通过评价发现Au/ACF-H2O催化剂在活性与稳定性两方面都明显优于其他碳载体催化剂,由表征分析得到ACF在具有高比表面积特性的同时,微孔结构更为发达,此外阳离子金(AuClx)物种在ACF表面上是高度分散的,其含量及还原温度相比其他碳载体催化剂较高,推测这与其特殊的表面化学性质有关。进一步本文在不同工艺参数下,对Au/ACF-H2O催化剂进行了性能初探,得到了最佳的反应条件为:温度=180°C,P=0.1 MPa及V(HCl)/V(C2H2)=1.2,在高空速条件GHSV(C2H2)=1480 h-1下,反应时间10 h内,Au/ACF-H2O催化剂仍能保持较高的反应活性与稳定性,这为催化反应理论的进一步研究奠定了基础。(2)通过表征分析Au物种在ACF载体表面主要表现为单原子分散的状态,且活性组分含量及稳定性明显高于酸处理活性炭载体。由载体表面性质研究发现,ACF由于具有较高的酚羟基和羰基含量以及较低的羧基、羧酸酐和酯基含量而有利于锚定和稳定AuClx物种,并且表面存在的给电子吡咯氮物种的配位作用,可以增加AuClx物种的电子密度,从而提高了对HCl的吸附能力。性能评价与对比结果表明,其相比Au/ROX0.8(AQ)-H2O催化剂明显表现出更高的活性与稳定性,而与典型的强氧化性溶剂制备催化剂相比,虽然活性较低,但是稳定性较好,这可能的原因是考虑到强氧化剂相比水浸渍制备得到的催化剂具有更高的阳离子Au含量与分散性。总的来说,ACF有潜力成为在催化剂合成方案中减少或消除强氧化性试剂使用的载体材料,对PVC行业的可持续发展至关重要。
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