用于乙炔氢氯化反应的非金属催化剂的分子设计和研发

【作者】 韩优； 年瑶； 梅爽； 李晓燕； 李韡； 张金利；

【机构】 天津大学化工学院；

【摘要】 聚氯乙烯（PVC）是世界上最常用的塑料之一,可用于工业、农业和建筑业等。我国主要采用电石乙炔法来生产PVC的单体氯乙烯（VCM）。目前该反应所使用的工业催化剂HgCl₂/C有毒且具有挥发性,严重危害人类健康和环境,因此开发非汞、绿色催化剂替代传统氯化汞触媒迫在眉睫^[1]。现有的乙炔氢氯化非汞催化剂的研究多集中于金属催化剂,相对于金属催化剂而言,非金属催化剂具有成本低、对工业原料中杂质不敏感等优势,因此,开发新型高效的非金属催化剂对于乙炔氢氯化反应具有重要的意义。本课题组近两年在非金属催化材料研究方面也取得了一定的成果^[2-5]:首先,我们利用密度泛函理论（DFT）预测了具有不同结构特征的离子液体对乙炔氢氯化反应的催化性能,进而指导实验设计和制备了一系列负载型季鏻盐离子液体非金属催化剂,该非金属催化剂不仅展现出较高的催化活性,而且解决了催化剂在反应过程中表面积碳的问题。此外,我们采用ZIF-8衍生的碳氮材料为前驱体,三聚氰胺为外加氮源,设计合成一系列Z_xM_y新型非金属催化剂应用于乙炔氢氯化反应,并在此基础上,通过原位合成方法制备具有不同形貌的ZIF-8衍生物作为活性物种催化乙炔氢氯化反应,合成的ZIF-8/SAC复合物具展现出良好的催化活性。另外,我们利用在印染废水处理中产生的吸附有含氮化合物的废弃活性炭为原料,通过简单的一步焙烧法制备了掺氮碳基非金属催化剂,其在乙炔氢氯化反应中表现出很好的催化性能。进而通过一系列实验表征结合ReaxFF分子动力学、DFT模拟揭示了非金属催化材料的结构形成机制以及氮掺杂过程和催化反应机理。该研究实现了废弃资源的高效利用。更多还原