[发明专利]一种用于固定床乙炔氢氯化反应的氮掺杂碳材料催化剂的制备方法及其使用方法

说明书

本发明提出一种用于固定床乙炔氢氯化反应的氮掺杂碳材料催化剂的制备方法及其使用方法。该方法先合成具有催化活性的含氮官能团的前驱体，然后经过填充剂填充，程序升温焙烧，去除填充剂后得到氮掺杂碳材料催化剂。本发明的特点是该方法利用填充剂对孔道起到支撑作用，防止碳骨架的结构坍塌，结合氨气气氛程序升温焙烧技术提高材料氮含量，开发了一种氮掺杂碳材料催化剂的新型制备技术，并将氮掺杂碳材料应用于固定床乙炔氢氯化反应中，具有一定的催化活性。

技术领域

本发明提出一种用于固定床乙炔氢氯化反应的氮掺杂碳材料催化剂的制备方法及其使用方法，属于材料合成技术领域。该氮掺杂碳材料催化剂以含2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶、乙烯基咪唑中的一种或几种作为氮源，以工业二乙烯苯作为碳源合成氮掺杂碳材料催化剂的前驱体，用初湿浸渍法将填充剂浸渍入该前驱体中，通过管式炉程序升温焙烧，之后去除填充剂，即为氮掺杂碳材料催化剂。将该催化剂应用于固定床乙炔氢氯化反应，具有一定活性。

背景技术

聚氯乙烯是人类生活中应用最广的塑料之一。在煤炭资源较为丰富的发展中国家，通常将乙炔氢氯化来制备氯乙烯。催化此类反应的催化剂为活性炭负载的氯化汞催化剂，但是由于汞催化剂在制备及使用过程中存在安全性及环保性问题，目前存在大量针对氯乙烯无汞催化剂的研究。

目前，英国迪卡夫大学的Hutchings教授等人研究了以金、铂等贵金属为活性组分的催化剂，虽然金催化剂表现出了优异的活性和稳定性，但是金的高成本和活性组分流失是难以克服的难题。大连化学与物理研究所的包信和教授等人研究了炭硅材料作为无金属催化剂催化乙炔氢氯化反应，但是用氨气处理炭硅材料，氮元素只能掺杂在材料表面。

目前在无金属催化固定床乙炔氢氯化反应方面研究较少，专利CN201510006148.0和CN201410532264.1均公布了一种无金属催化固定床乙炔氢氯化反应，其主要采用将活性组分浸渍在活性炭上，在催化剂配方与制备方法方面与本专利差异较大。本专利在合成过程中将具有催化活性的含氮官能团固定在材料中，有效阻止了在高温碳化的过程中氮元素的流失。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于固定床乙炔氢氯化反应的氮掺杂碳材料催化剂的制备方法及其使用方法，该方法可以在制备过程中将几种具有催化活性的含氮官能团均匀的分布在催化剂中，并在碳化前加入填充剂，有效的避免了结构坍塌，使催化剂具有更高的比表面积和丰富的孔结构，通过氨气气氛下程序升温焙烧提高氮含量，从而暴露更多的有效活性位点，从而进一步提高了氮掺杂碳材料催化剂的活性，将其应用于固定床乙炔氢氯化反应，具有一定的催化活性。

本发明的具体技术方案如下所述：

方案1、一种用于固定床乙炔氢氯化反应的氮掺杂碳材料催化剂的制备方法，其特征在于：

1）在室温搅拌状态下，将质量分数1%的聚乙烯醇和质量分数5%的氯化钠溶于水中得到溶液A；

2）在搅拌状态下，将2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶、乙烯基咪唑中的一种或几种与质量分数为55-80%的工业二乙烯苯按照质量比1:1-1.5的计量关系混合均匀得到溶液B，之后加入偶氮二异丁腈搅拌30分钟后再加入致孔剂，继续搅拌30分钟即得到溶液C；其中，偶氮二异丁腈的加入量为溶液C质量的0.5-3%，致孔剂与溶液B的质量比为1-3:1，致孔剂为甲苯或甲苯与庚烷质量比为2:1的混合液；溶液A与溶液C的质量比为3:1；

3）在搅拌状态下，将溶液A加热至30-50 ℃，之后停止搅拌，将溶液C加入到溶液A中得到反应液，之后在搅拌下将反应液升温至65-70 ℃反应2-4小时，之后升温至80-85 ℃反应3-5小时，之后降至室温，然后抽滤，将抽滤得到的固体用5倍反应液体积的60 ℃热水洗涤3次，之后在82 ℃温度下，以石油醚作为溶剂索式提取7-8次，72 ℃真空干燥2天，得到前驱体D；