[发明专利]一种非金属催化剂及其在催化氯丙烷消除反应中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及催化氯丙烷消除反应的催化剂，具体涉及一种非金属催化剂及其在催化氯丙烷消除反应中的应用。

背景技术

氯代烷烃在氢氧化钠或者氢氧化钙等碱存在的前提下，在液相中发生消除反应制备相对应的烯烃是有机化学中常见的制备烯烃双键的反应，比如由3,4-氯丁烯消除反应生产氯丁二烯，以及1,1,2-三氯乙烷的消除反应。然而，除了液相反应外，还可以通过气相催化发生消除反应，得到对应烯烃和消除氯化氢气体，工业上这样的反应需要高温裂解或者催化裂解，比如1,2-二氯乙烷高温裂解消除氯化氢制备氯乙烯单体。通过催化消除反应的机理，也可以利用氯丙烷为原料裂解生成丙烯。

另外，氯丙烷以及二氯丙烷这些含氯有机挥发性气体，会造成环境的破坏和对人类健康产生不利影响，因此需要想办法去分解转化这些含氯气体。目前主要的方法是在氧气存在下，利用固体酸催化剂如贵金属催化剂或者镉-氧化铝催化剂反应。在温度450-550K范围，用二氧化硅氧化铝催化剂催化氯丙烷脱除氯化氢生成丙烯，当温度更高的时候，有明显的含氯副产物生成。在温度超过700K后，CO_x为主要副产物。现有的方法不仅催化剂成本高，而且对环境造成污染。

发明内容

本发明的目的是，提供一种非金属催化剂及其在催化氯丙烷消除反应中的应用，提供一种成本低、无毒环保的气相催化氯丙烷消除反应的催化剂。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种非金属催化剂，该非金属催化剂通过如下步骤制备获得：

步骤1，将活性炭经过酸洗干燥处理后作为载体备用；

步骤2，将含氮化合物溶于水中并调节pH值范围为4.5-8，配制成含氮化合物浸渍液，所述含氮化合物浸渍液中含氮化合物的质量含量为1-50％；

步骤3，将所述酸洗处理后的活性炭加入所述含氮化合物浸渍液中浸渍；

步骤4，将所述浸渍后的活性炭抽滤后进行干燥焙烧处理，制得所述非金属催化剂。

优选地，所述活性炭选自煤基活性炭、果壳活性炭或椰壳活性炭中的一种或多种。

优选地，所述含氮化合物选自氨气，氨水，三聚氰胺，尿素，丙烯酰胺，吡啶，吡咯，咪唑、氰乙酰胺中的一种或几种。

优选地，所述步骤1中活性炭酸洗干燥处理的酸洗溶液为0.1-3.0mol/L的盐酸或硝酸溶液，干燥温度为60～160℃，烘干时间为6～24h。

优选地，所述步骤3中活性炭在含氮化合物浸渍液中的浸渍温度为20-100℃，浸渍时间为1-24h。

优选地，所述步骤3中100mL含氮化合物浸渍液中加入50-100g活性炭。

优选地，所述步骤4中活性炭进行干燥焙烧处理的具体方法为：在50-200℃温度范围内干燥1-12h，干燥后的活性炭以1.5-6℃/min(优选1.5-3℃/min)的升温速率升温至400-1000℃(优选600-800℃)范围内进行焙烧，焙烧2-10h(优选4-6h)，冷却至常温制得所述非金属催化剂。

本发明还提供了所述的非金属催化剂在催化2-氯丙烷消除反应制备丙烯中的应用。优选地，所述催化反应的反应温度为150-300℃，空速10-120h^-1。

本发明还提供了所述的非金属催化剂在催化2-氯丙烷和乙炔反应制备丙烯和氯乙烯中的应用。优选地，所述2-氯丙烷和乙炔的摩尔比为1:1-1:5，催化反应的反应温度为150-300℃，空速10-120h^-1。

本发明的非金属催化剂可以用于如下反应：

反应1)：

反应2)：

反应1)的工艺：2-氯丙烷液体通过泵进入装有催化剂的固定床反应器，反应温度150-300℃，空速10-120h^-1，反应流出液冷却至室温，利用气相色谱分析计算2-氯丙烷转化率和丙烯选择性。

反应2)的工艺：2-氯丙烷液体通过泵进入装有催化剂的固定床反应器，2-氯丙烷蒸汽和乙炔气体混合后进入反应床程，两者摩尔比为1:1-1:5，反应温度150-300℃，空速10-120h^-1，反应流出液冷却至室温，利用气相色谱分析计算每一时间段内2-氯丙烷和乙炔转化率以及丙烯选择性。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：