穩定的釕基離子液體催化液相乙炔氫氯化

姚世康張旭斌王富民任雁飛

(天津大學化工學院,天津 300350)

聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride,PVC)是五大通用塑料之一,氯乙烯單體是生產聚氯乙烯的主要原料,具有不飽和雙鍵結構,可以與多種單體發生共聚,最終被加工成各種管材、薄膜、建材等實用化工產品[1,2]。 其生產工藝主要有乙烯氧氯法、平衡氧氯法和電石乙炔法[3]。 我國工業生產氯乙烯采用以煤炭為原料的乙炔法,目前所用的HgCl2易揮發,危害生態環境和人類健康,因此,亟需開發一種新型的非汞催化劑[4]。

20 世紀60～90 年代,Smith、Hutchings 及Shinoda 等[5-8]通過實驗,將催化劑活性與金屬離子電子親和勢相關聯,驗證了AuCl3催化劑的初始催化活性遠高于HgCl2和PdCl2。 與此同時,他們發現AuCl3催化劑在反應過程中失活較快,催化穩定性較差。

Xu 等[9]通過DFT 計算,探討了Au 催化體系引入離子液體后,催化反應的路徑和機理。 李小年課題組[10]采用負載的方式制備了Au-IL/AC 催化劑,在溫度180 ℃、乙炔空速370 h-1、HCl 與C2H2氣速比為1.2 時,乙炔轉化率可達72%。 Zhao 等[11]制備了Au-Cu-IL/AC 催化劑,在170 ℃、乙炔空速740 h-1、HCl 與C2H2氣速比為1.2 時,乙炔轉化率可達76.7%,明顯高于Au-IL/AC。

近年來,金屬釕(Ru)因具有高活性、低價格和環境友好的特點,有望成為無汞催化體系的核心。張金利課題組[12]制備了1%Ru@ 15%TPPB/AC(質量比,下同)催化劑,在溫度為170 ℃、乙炔空速為360 h-1的條件下在48 h 內,乙炔轉化率可達99.7%。

2018 年,李航等[13]以氯化膽堿為配體,制備了0.2%Ru-10%ChCl/AC(wt)催化劑,在溫度170 ℃、乙炔空速900 h-1的條件下,反應進行25 h,乙炔轉化率可達87.5%,氯乙烯選擇性超過99.3%,表征分析ChCl 的加入使反應過程中高價態的Run+含量增多。

與氣固相反應相比,氣液相反應具有溫度均一、傳質優異的特點。……