[发明专利]一步法制备果壳基氮掺杂活性炭催化剂、产品及应用

说明书

本发明公开了一步法制备果壳基氮掺杂活性炭催化剂，包括以下步骤：1）果壳前处理；2）将果壳在含氮源的浸渍液中浸渍处理得催化剂前驱体；3）在惰性气体保护下将催化剂前驱体碳化即得氮掺杂活性炭催化剂。相较于活性炭为载体的制备方法，本发明以活性炭前驱体果壳作为载体，制备工艺更加简化，生产成本大幅度降低，也更加节能环保。相对于有机小分子含氮化合物，氨基树脂具有更高的热稳定性，可以在较低负载量的条件下得到活性相当的催化剂，有效地节省原料的成本。

技术领域

本发明属于催化剂制备与应用技术领域，具体涉及一步法制备果壳基氮掺杂活性炭催化剂、产品及应用。

背景技术

氯乙烯是重要的有机化工原料，其均聚物聚氯乙烯(PVC)是世界五大工程塑料之一，在塑料工业中有着举足轻重的作用。工业上氯乙烯的生产方式主要依赖于乙烯氧氯化法和乙炔氢氯化法两种化工路线，我国“富煤、贫油”的能源结构决定了以煤炭为原料的乙炔氢氯化法在氯乙烯生产中的重要地位。目前乙炔氢氯化反应主要使用活性炭负载低汞触媒(氯化汞负载量为4～6.5％)为催化剂，氯化汞属于剧毒化合物，常温下即微量升华，在使用条件下加速升华流失，造成催化剂活性和寿命的下降，排放到空气中则会带来严重的环境污染；且废汞触媒的处理也存在一定的环境污染的潜在风险。同时2020年是实现氯乙烯单位汞消耗量较2010年减少50％的关键节点，超低固汞催化剂和无汞催化剂的研发与应用势在必行、刻不容缓。

目前氯乙烯合成催化剂主要包括以金、钌等为代表的贵金属催化剂，铜、铋、锡、钴等为代表的非贵金属催化剂，氮掺杂碳材料为代表的非金属催化剂，离子液体为代表的液态催化剂和低汞催化剂等五大类。

氮掺杂碳非金属催化剂是一类新兴的高效催化剂，在许多催化反应中得到广泛的应用。专利CN103381369A通过用含氮前驱体化学偶联等表面修饰的方法，或在高温通入氮源和碳源进行原位合成氮掺杂碳材料，在一定反应条件下，其催化活性优于普通碳材料负载的催化剂。专利CN108187721A采用天然高含氮量的蚕茧壳为前驱体，无需经过复杂的氮元素引入，直接通过碳化及活化得到氮掺杂碳催化剂，催化剂的使用温度范围在160～260℃；但该方法制得催化剂的形态为粉末，不适用于乙炔氢氯化的工业生产设备的需求。专利CN108097229A 发明了一种谷阮粉基硫氮共掺杂碳材料的制备方法，以谷阮粉、模板剂和水混合搅拌均匀，挤压成型，干燥，在惰性气氛保护下于管式炉中炭化成刚性的炭骨架，除模板剂，洗涤，烘干备用；但该催化剂的制备方法需引入、除去模板剂过程，而且使用10％氢氟酸溶液除去模板，工序复杂、成本较高，也不适合工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一步法制备果壳基氮掺杂活性炭催化剂及利用该方法制得的果壳基氮掺杂活性炭催化剂产品，同时提供该产品的应用是本发明的又一发明目的。

为实现上述发明目的，本发明采取以下技术方案：

一步法制备果壳基氮掺杂活性炭催化剂，其特征在于，包括以下步骤：

1)果壳前处理：将果壳破碎、过筛，取粒度为8～20目的颗粒，经水洗、烘干备用；

2)将果壳在含氮源的浸渍液中浸渍处理得催化剂前驱体；

3)在惰性气体保护下将催化剂前驱体碳化即得氮掺杂活性炭催化剂。

步骤1)中，所述果壳为椰壳、核桃壳、夏威夷果壳、杏壳、桃核中的一种或两种以上的混合。

步骤2)中，所述氮源为尿素、硫脲、单氰胺、双氰胺、三聚氰胺、己二胺、三乙醇胺、盐酸胍、咪唑、吡啶、吡咯、氨基酸、四烷基氯化铵中的一种或两种以上的混合或氨基树脂。

所述氨基树脂为氨基化合物与醛类化合物反应得到，所述氨基化合物为三聚氰胺、双氰胺、氰胺、尿素、硫脲、乙二胺、丁二胺、己二胺中的一种或两种以上的混合，所述醛类化合物为甲醛、三聚甲醛、多聚甲醛、乙醛、乙二醛、戊二醛中的一种。