聚氯乙烯是制造塑料的基本材料之一，所以需求很大。聚氯乙烯的生產(chǎn)是通過(guò)在氯化汞催化劑上的乙炔氫氯化反應(yīng)或通過(guò)二氯乙烷的熱解來(lái)制造的。二氯乙烷熱解是主要的方式，其中使用油基乙烯作為原料。現(xiàn)在隨著頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)和油價(jià)的下降，二氯乙烷熱解在氯乙烯單體的制備中更具競(jìng)爭(zhēng)力。二氯乙烷脫氯化氫需要開(kāi)發(fā)一種活性，選擇性和穩(wěn)定的催化劑是至關(guān)重要的，并且該催化劑沒(méi)有什么焦炭沉積還可以在更低的溫度下進(jìn)行催化。由于我們對(duì)活性炭的研究，在實(shí)際應(yīng)用中，開(kāi)發(fā)了氮摻雜活性炭材料作為乙炔氫氯化反應(yīng)的新型堿性催化劑，并進(jìn)行研究測(cè)試。雖然我們研發(fā)的活性炭可以催化二氯乙烷脫氯化氫，但在工業(yè)規(guī)模上開(kāi)發(fā)用于二氯乙烷脫氯化氫的氮摻雜活性炭催化劑的可靠性和批量制造方法仍然是一個(gè)比較難的挑戰(zhàn)。

　　氮摻雜活性炭催化劑的結(jié)構(gòu)表征

　　圖1中所示的拉曼光譜以驗(yàn)證氮摻雜劑對(duì)活性炭結(jié)構(gòu)的影響。很明顯，有兩個(gè)明確的拉曼光譜。在約1590cm-1處的拉曼峰是由于G帶而在1335cm-1處的另一個(gè)峰是由于D帶與活性炭支持體相比，氮摻雜活性炭在內(nèi)的高溫處理樣品在半高和更深的谷處顯示出更窄的全寬在兩個(gè)帶之間，這表明在高溫處理過(guò)程中石墨的結(jié)構(gòu)變化然而，對(duì)于這些燒結(jié)樣品，D帶與G帶的強(qiáng)度比隨著塑料/活性炭質(zhì)量比和氮摻雜劑的含量略微增加。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)缺陷的數(shù)量和邊緣平面暴露的定量測(cè)量的指示，所以拉曼結(jié)果表明氮摻雜活性炭樣品的成功的氮摻雜催化劑。

　　圖1：通過(guò)酸處理和氮摻雜活性炭樣品。

　　氮摻雜活性炭的催化性能

　　如圖2所示，氮摻雜活性炭顯示低二氯乙烷轉(zhuǎn)化率(~32%)和96%氯乙烯選擇性。氮摻雜的活性炭催化劑顯著提高了催化活性，具有更高的二氯乙烷轉(zhuǎn)化率和高于99.5%的氯乙烯單體選擇性。該行為表明氮摻雜活性炭在二氯乙烷催化裂解成氯乙烯單體具有優(yōu)異的催化性能。圖中a，b顯示了氮摻雜水平對(duì)制備的氮摻雜活性炭催化劑性能的影響。c，d顯示了正如預(yù)期的那樣，隨著空速的增加，二氯乙烷轉(zhuǎn)化率下降，而隨著二氯乙烷液時(shí)空速的降低，氯乙烯選擇性略有下降。e，f顯示了反應(yīng)溫度對(duì)在氮摻雜活性炭的反應(yīng)中的影響。該行為表明氮摻雜活性炭在二氯乙烷催化裂解成氯乙烯方面具有優(yōu)異的催化性能。

　　圖2：氮摻雜活性炭催化劑的催化性能。

　　氮摻雜活性炭的活動(dòng)點(diǎn)如圖3所示，隨著吡啶氮和石墨氮的增加，二氯乙烷轉(zhuǎn)化率呈線性增加，不論氮資源的變化如何，推斷吡啶氮和石墨氮與二氯乙烷的催化脫氯化氫密切相關(guān)，是有效的氮原子。

　　圖3：吡啶氮和石墨氮之間的擬合以及對(duì)脫氯化氫的反應(yīng)性。

　　氮摻雜活性炭的穩(wěn)定性和失活

　　為了研究氮摻雜活性炭樣品的穩(wěn)定性，對(duì)典型的催化劑樣品氮摻雜活性炭進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。結(jié)果表明，空速和反應(yīng)溫度的間歇性變化對(duì)催化劑活性影響不大，這對(duì)工業(yè)催化劑非常關(guān)鍵。

　　a、顯示了二氯乙烷液時(shí)空速對(duì)260℃反應(yīng)溫度下氮摻雜活性炭穩(wěn)定性的影響。同時(shí)，氯乙烯選擇性在整個(gè)過(guò)程中是一致和穩(wěn)定的。

　　b、顯示出了反應(yīng)溫度對(duì)氮摻雜活性炭中的二氯乙烷液時(shí)空速穩(wěn)定性的影響。氯乙烯選擇性在所有情況下都是相對(duì)靜態(tài)的，高于99%。

　　c、顯示出二氯乙烷轉(zhuǎn)換為初始?xì)涞囊话耄�而氯乙烯選擇性是在任何時(shí)候都在99%以上。結(jié)果表明氮摻雜活性炭催化劑具有良好的穩(wěn)定性。

　　圖4：氮摻雜活性炭催化劑的穩(wěn)定性。

　　經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，我們?cè)谶@里已經(jīng)證明了氮摻雜活性炭催化劑及其在二氯乙烷脫氯化氫中的優(yōu)異性能。結(jié)果表明，將氮摻雜到活性炭載體中會(huì)引入表面堿性位點(diǎn)并在催化劑表面上引起部分石墨化。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，吡啶氮和石墨氮都引入了二氯乙烷催化脫氯化氫的堿性位點(diǎn)。高催化活性和選擇性以及良好的穩(wěn)定性表明氮摻雜活性炭在工業(yè)規(guī)模上是一種很有前途的脫氯化氫催化劑。

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