原位掺杂法制备氮掺杂中孔炭及乙炔氢氯化反应性能

doi:10.1016/S1872-2067(16)62459-2

催化学报 ›› 2016, Vol. 37 ›› Issue (8): 1242-1248.DOI: 10.1016/S1872-2067(16)62459-2

原位掺杂法制备氮掺杂中孔炭及乙炔氢氯化反应性能

杨勇, 蓝国钧, 王小龙, 李瑛

浙江工业大学工业催化研究所, 浙江杭州 310014

收稿日期:2016-03-05 修回日期:2016-05-08 出版日期:2016-07-29 发布日期:2016-08-01
通讯作者: Ying Li
基金资助:
国家自然科学基金（20803064）；浙江省自然科学基金（Y4090348）.

Direct synthesis of nitrogen-doped mesoporous carbons for acetylene hydrochlorination

Yong Yang, Guojun Lan, Xiaolong Wang, Ying Li

Institute of Industrial Catalysis, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, Zhejiang, China

Received:2016-03-05 Revised:2016-05-08 Online:2016-07-29 Published:2016-08-01
Contact: Ying Li
Supported by:
This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (20803064) and the Natural Science Foundation of Zhejiang Province (Y4090348).

摘要/Abstract

摘要：

聚氯乙烯（PVC）是世界五大工程塑料之一，在工业、农业、建筑、电力及通信等领域有着非常广泛的应用.氯乙烯（VCM）作为合成PVC的单体，其生产工艺以源于煤化工路线的乙炔氢氯化法工艺为主，但是该工艺目前采用的是氯化汞催化剂，存在较为严重的环境污染问题.开发新型无汞催化剂成为电石法生产VCM亟待解决的问题.氮掺杂炭基非金属催化剂成本低廉，制备简单，在诸多反应中展现了较好的性能，成为近几年多相催化领域的一个研究热点，在乙炔氢氯化反应中也具有较好的活性，但是对活性中心的鉴别及制备方法的研究还有待深入.本文报道了一种一步原位尿素掺杂氮的中孔炭的制备方法，采用氮气吸附-脱附、高分辨透射电子显微镜、元素分析和X射线光电子能谱（XPS）等表征手段研究了氮掺杂中孔炭的结构、氮含量及存在形式，并与两步尿素改性方法做了对比，探究了氮掺杂形式与中孔炭乙炔氢氯化反应性能之间的关系，同时考察了尿素用量对氮掺杂中孔炭的氮含量和存在形式的影响.元素分析结果表明，原位合成法能有效地将氮掺杂进骨架中，随着制备过程中尿素用量增加，得到的氮掺杂中孔炭中的氮含量增加，可达3.6wt%.后处理法的掺氮效果较差，材料氮含量仅为0.2wt%.XPS测试进一步表明，一步法原位法可以得到石墨型氮占据主导地位的氮掺杂中孔炭，石墨型氮约占70%左右，后处理制备的氮掺杂中孔炭中石墨氮、吡啶氮和吡咯氮三种形式含量相差不大.对不同方法合成的氮掺杂介孔炭的乙炔氢氯化反应催化性能进行了评价，结果显示，无论是原位合成还是后处理制备的氮掺杂中孔炭，其活性均比中孔炭得到一定提升.氮的引入能有效提高材料的乙炔氢氯化反应性能.原位合成法制备的氮掺杂中孔炭在乙炔氢氯化反应中的催化性能远高于后处理法.对于原位合成的氮掺杂中孔炭，在一定范围内，随着氮含量的增加，催化活性提高，但当尿素用量过高时，虽然氮含量增加，催化活性却有所下降，这归因于孔结构坍塌和比表面积下降.

关键词: 乙炔, 氢氯化, 氯乙烯, 无汞, 氮掺杂炭

Abstract:

Nitrogen-doped ordered mesoporous carbon (N-OMC) catalysts were directly synthesized using SBA-15 as a hard template and sucrose as a carbon source. Urea, which was used as the nitrogen source, was carbonized with sucrose. A 3.6 wt% nitrogen doping of the carbon framework was achieved, with more than 70% of the nitrogen incorporated as quaternary nitrogen species. Only 0.2 wt% nitrogen doping, with only 32.7% quaternary nitrogen incorporation was obtained in an N-OMC catalyst (N-OMC-T) prepared using a two-step post-synthesis method. The acetylene hydrochlorination activities of N-OMC catalysts prepared via the one-step method were higher than that of the N-OMC-T catalyst because of the higher nitrogen loadings.

Key words: Acetylene, Hydrochlorination, Vinyl chloride, Mercury-free, N-doped carbon

杨勇, 蓝国钧, 王小龙, 李瑛. 原位掺杂法制备氮掺杂中孔炭及乙炔氢氯化反应性能[J]. 催化学报, 2016, 37(8): 1242-1248.

Yong Yang, Guojun Lan, Xiaolong Wang, Ying Li. Direct synthesis of nitrogen-doped mesoporous carbons for acetylene hydrochlorination[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2016, 37(8): 1242-1248.

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原位掺杂法制备氮掺杂中孔炭及乙炔氢氯化反应性能

Direct synthesis of nitrogen-doped mesoporous carbons for acetylene hydrochlorination

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