[发明专利]一种尿嘧啶改性金基催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种尿嘧啶改性金基催化剂的制备方法及其应用，该催化剂制备过程采用等体积浸渍法，将尿嘧啶置于烧杯中加入去离子水溶解，后将金乙醇溶液滴入得到浸渍液，将称取好的载体椰壳活性炭缓慢倒入溶液中并将样品超声震荡后常温下浸渍，之后干燥得到尿嘧啶改性金基催化剂。在固定床反应器上进行的催化剂性能测试表明，本发明制得的催化剂具有良好的稳定性，并在乙炔氢氯化反应制备聚氯乙烯过程中有良好的催化效果。

技术领域

本发明涉及催化材料技术领域，更具体的说是涉及一种尿嘧啶改性金基催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

聚氯乙烯(PVC)是由氯乙烯单体聚合而成，聚氯乙烯是世界第二大通用型树脂材，广泛应用于工业、农业、建筑、包装、服装等领域。氯乙烯的工业生产方法主要包括乙烷法、乙炔法和乙烯法。乙炔法当今在中国仍然是一条重要的生产路线，目前这一过程中使用活性炭负载氯化汞作为工业催化剂，然而，氯化汞容易升华且具有高毒性，升华降低了催化剂的活性还会对人类和环境造成危害。因此，在利用氯乙烯聚合生成聚氯乙烯的生产中，迫切需要寻找一种高性能的无汞催化剂。

开发新型绿色高效的无汞催化剂应用于乙炔氢氯化反应生产氯乙烯是目前研究的热点，Hutchings及其同事研究发现，由于其固有的高活性，Au催化剂是最有前途的氯化汞催化剂的替代品，但由于Au(III)易被还原为Au(0)从而导致催化剂的失活，并且金的价格昂贵，提升生产成本，因此，增强金基催化剂的稳定性和降低金含量对于实际工业应用十分重要。

研究人员通过载体改性，添加第二金属和配体配位来设计和调节金基催化剂，以抑制金基催化剂的失活，提高活性和稳定性，同时也可降低其金含量。张金利课题组选择羟基乙叉二膦酸(HEDP)和氨基三亚甲基膦酸(ATMP)作为含杂原子的配体，对乙炔氢氯化金基催化剂进行改性，在180℃，乙炔空速1200h^-1，原气料比例V(HCl)/V(C₂H₂)＝1.15的条件下，选择羟基乙叉二膦酸作为调节剂，金含量为1％的Au1-HEDP1/AC催化剂初始转化率为93.8％，在24小时内仅降低3.4％，同时也发现如果选择氨基三亚甲基膦酸作为调节剂，金含量为1％的Au1-ATMP1/AC催化剂，初始转化率可达97.4％，反应24小时后，乙炔的转化率仍能保持在93.7％。Conte等人研究了使用铂钯等贵金属协同促进形成的Au-M(M＝Pd、Pt、Ir、Rh和Ru)催化剂，催化剂总金属负载量为1％，发现在Au中加入Pd可以提高催化剂的初始活性，但会导致选择性的显著降低，Au-Pd/C和Au-Pt/C催化剂都会由于积碳迅速失活。

目前大部分文献报道的金基催化剂中金的含量较高(0.25wt％～1wt％)，贵金属含量高无疑会阻碍其工业应用。因此，如何提供一种低含量金基催化剂是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于乙炔氢氯化反应的尿嘧啶改性的低含量金基催化剂，含金量在0.1wt％。在乙炔空速522h^-1，反应温度150℃，原气料比例V(HCl)/V(C₂H₂)＝1.15的条件下达到转化率为54％；氯乙烯的选择性达到99.23％。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

首先，本发明提供了一种尿嘧啶改性金基催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用去离子水将65wt％的浓硝酸稀释得到硝酸溶液，然后将椰壳活性炭加入至硝酸溶液中，室温持续搅拌1.5h，然后过滤，用去离子水洗涤至pH不再变化，烘干得到载体，待用；

(2)将Au元素质量分数47.8％的HAuCl₄·4H₂O用无水乙醇配制成Au³⁺浓度为0.00478g/ml的金乙醇溶液待用；