[发明专利]一种用于乙炔氢氯化反应的Au杂原子配合物催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于乙炔氢氯化反应的Au杂原子配合物催化剂，包括载体以及负载在载体上的Au杂原子配合物；所述Au杂原子配合物为中心原子Au与含N、P和/或O杂原子的配体配位形成的配合物。与现有乙炔氢氯化反应用Au基催化剂相比，本发明的Au杂原子配合物催化剂能显著提高乙炔转化率，且不易流失、还原、团聚，大幅提升了现有Au催化剂的催化活性和稳定性。

技术领域

本发明涉及一种用于乙炔氢氯化反应的Au杂原子配合物催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

聚氯乙烯(PVC)作为第三大通用聚合物，由于其对光和化学品的高耐受性，在建筑和建筑行业以及包装，电气和服装行业中具有广泛而重要的应用。氯乙烯单体(VCM)是合成聚氯乙烯(PVC)的主要化学中间体。目前在VCM的生产中主要有两种合成方法：(i)乙烯法和(ii)电石乙炔法。由于我国“多煤、贫油、少气”的能源特点，氯乙烯单体主要由电石乙炔法制备。2016年中国PVC总产量达到2326万t/a，总产量接近1661万t，超过80％的PVC采用电石乙炔法制造。目前，在该合成路线中最广泛使用的催化剂是活性炭负载的氯化汞(II)(HgCl₂)，其中活性组分易于升华。据估计，生产每吨PVC需消耗1.02-1.41千克HgCl₂催化剂(HgCl₂含量：10-12wt％)；尽管如此，大约25％的HgCl₂在循环过程中损失(汞的年消耗量超过600吨)。汞的损失不仅导致催化剂失活，但需要频繁更换催化剂，而且还会对环境造成不可恢复的污染和人类健康风险。此外，有140多个国家已经签署了“水俣公约”，以控制日益增长的全球汞消费量。乙炔氢氯化反应生产VCM，使用的汞催化剂引起的污染问题亟待解决，替代汞基催化剂的无汞催化剂的研究和开发势在必行。

目前在乙炔氢氯化反应催化剂的研究中，有两类非Hg基催化剂被研究者们关注：(i)非金属催化剂和(ii)金属催化剂。由于非金属催化剂的低反应性和短的催化剂寿命，其在工业化的道路上有许多问题需要解决。对于金属催化剂，尽管已经对几种金属氯化物(如Pt⁴⁺，Pd²⁺，Au²⁺，Cu²⁺，Sn²⁺等)进行了研究，但是近几十年的研究证明，以AuCl₃为前驱体制备的Au基催化剂催化乙炔氢氯化反应，展现出较好的催化活性，对于乙炔氢氯化反应，金基催化剂在替代Hg基催化剂方面展现出了最好的潜力。

众所周知，Au的价格比较昂贵，在国民经济中的地位举足轻重，因此，要想使其在未来工业化中发挥重要作用，必须要保证金基催化剂有高的催化活性和长的使用寿命，以及低的负载量，因此单位负载量更高催化活性和更长使用寿命的金基催化剂，是未来研究的重点。积碳和活性物质的团聚或还原是Au基催化剂失活的主要原因，鉴于这些原因，研究人员已经在通过改性载体，添加其他金属等方法，抑制Au基催化剂的失活并改善其活性和稳定性方面做了大量的工作。另外，Au离子具有相似的外围s，p，d等价轨道，因此更容易形成具有强大键合能力的混合轨道，以接受由杂原子配体提供的孤对电子，并且对配体的静电效应通常更强。离子的有效核电荷半径相对较大，配体的极化能力很强。而且，由于Au离子的d轨道的不饱和性，它具有很大的可变形性，从而增强了中心原子和配体之间的配位。因此，寻找不同种类的配体，并通过配体和金阳离子之间的配位制备含有高价态金的前驱体、掌握配体配位改性的机理，以提高金基催化剂的催化活性和稳定性，是该方面工作今后的重点和难点。

发明内容

根据上述背景技术中乙炔氢氯化反应催化剂的现状，本发明的目的之一是提供一种用于乙炔氢氯化反应的Au杂原子配合物催化剂。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种用于乙炔氢氯化反应的Au杂原子配合物催化剂，包括载体以及负载在载体上的Au杂原子配合物；

所述Au杂原子配合物为中心原子Au与含N、P和/或O杂原子的配体配位形成的配合物。