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稀土元素(La,Ce)改性CuCl_2基催化剂上乙烷氧氯化制氯乙烯的研究

李超  
【摘要】:乙烷氧氯化脱氯化氢制备氯乙烯是一种新型工艺,该工艺比传统氯乙烯生产方法更经济,高效。本文制备了镁铝复合氧化物和TiO_2载体负载的CuCl_2基催化剂,以及稀土元素(La﹑Ce)改性的CuCl_2基催化剂。通过各种表征手段对催化剂的结构,氧化还原性质,表面酸性,活性组分的存在状态,以及活性组分与助剂之间的相互作用进行了系统的分析。考察了稀土助剂对乙烷氧氯化脱氯化氢制氯乙烯反应性能的影响,对催化活性中心与稀土元素(La﹑Ce)之间的作用机理进行了进一步的探讨。 系统地考察了CeO_2分散状态对CuCl_2基催化剂的物理化学性质和乙烷氧氯化脱氯化氢制氯乙烯反应活性的影响。在反应温度T=500℃,空速GHSV=_3200h~(-1),流量比V_(C_2H_6)/V_(HCl)/V_(air)=1/2/5条件下,晶化的CeO_2物种显著提高了乙烷转化率和氯乙烯的选择性,归因于助剂CeO_2表面存在大量的空穴氧物种(O~-,O_2~-),加速了氧化还原对(Cu~+/Cu~(2+))的转化,提高了催化反应活性。 考察了第二助剂La_2O_3的引入,对CuCl_2基催化剂物理化学性质的影响,研究发现:助剂La_2O_3前驱体溶液的浸渍顺序和La含量对活性物种CuCl_2的存在状态影响显著;载体先浸渍La_2O_3先驱体溶液,促进了活性物种CuCl_2沉降在载体表面;其中,CuCl_2基催化剂中La含量在3wt.%时,表面氯化铜含量最多,显著地提高了乙烯和氯乙烯的总选择性,而La含量在5wt.%时,活性物种CuCl_2与CeO_2协同作用最佳,对氯乙烯选择性的提高有利。 采用水热合成法成功了制备了TiO_2载体和杂原子La,Ce,Zr改性的TiO_2载体。实验结果表明:杂原子La,Ce,Zr的引入对TiO_2载体的结构影响较大。其中,Ce~(3+)改性的TiO_2载体,表面形成了较多的弱酸中心,更有利于烷基氯化物脱除氯化氢反应的进行;同时,CuCl_2-KCl/Ce-TiO_2催化剂上的活性物种Cu~(2+)更容易还原,提高了Cl_2的生成速率,对乙烷的氯化反应和乙烯与氯气加成反应有利;此外,纯TiO_2和杂原子改性TiO_2载体负载的CuCl_2基催化剂上,铜离子存在两种状态,Cu~(2+)和Cu~+。


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