催化剂新制备方法研究论文

催化剂定义：又叫触媒。根据国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）于1981年提出的定义，催化剂是一种物质，它能够改变反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化。这种作用称为催化作用。涉及催化剂的反应为催化反应。催化剂（catalyst）会诱导化学反应发生改变，而使化学反应变快或减慢或者在较低的温度环境下进行化学反应。催化剂在工业上也称为触媒。初中书上定义：在化学反应里能改变其他物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化的物质叫做催化剂，又叫触媒。催化剂在化学反应中所起的作用叫催化作用。我们可在波兹曼分布（Boltzmann distribution）与能量关系图（energy profile diagram）中观察到，催化剂可使化学反应物在不改变的情形下，经由只需较少活化能（activation energy）的路径来进行化学反应。而通常在这种能量下，分子不是无法完成化学反应，不然就是需要较长时间来完成化学反应。但在有催化剂的环境下，分子只需较少的能量即可完成化学反应。催化剂有三种类型，它们是：均相催化剂、多相催化剂和生物催化剂。均相催化剂和它们催化的反应物处于同一种物态（固态、液态、或者气态）。例如：如果反应物是气体，那么催化剂也会是一种气体。笑气（一氧化二氮）是一种惰性气体，被用来作为麻醉剂。然而，当它与氯气和日光发生反应时，就会分解成氮气和氧气。这时，氯气就是一种均相催化剂，它把本来很稳定的笑气分解成了组成元素。多相催化剂和它们催化的反应物处于不同的状态。例如：在生产人造黄油时，通过固态镍（催化剂），能够把不饱和的植物油和氢气转变成饱和的脂肪。固态镍是一种多相催化剂，被它催化的反应物则是液态（植物油）和气态（氢气）。酶是生物催化剂。活的生物体利用它们来加速体内的化学反应。如果没有酶，生物体内的许多化学反应就会进行得很慢，难以维持生命。大约在37℃的温度中（人体的温度），酶的工作状态是最佳的。如果温度高于50℃或60℃，酶就会被破坏掉而不能再发生作用。因此，利用酶来分解衣物上的污渍的生物洗涤剂，在低温下使用最有效。催化剂分均相催化剂与非均相催化剂。非均相催化剂呈现在不同相（Phase）的反应中（例如：固态催化剂在液态混合反应），而均相催化剂则是呈现在同一相的反应（例如：液态催化剂在液态混合反应）。一个简易的非均相催化反应包含了反应物（或zh-ch:底物;zh-tw:受质）吸附在催化剂的表面，反应物内的键因十分的脆弱而导致新的键产生，但又因产物与催化剂间的键并不牢固，而使产物出现。目前已知许多表反应发生吸附反应的不同可能性的结构位置。仅仅由于本身的存在就能加快或减慢化学反应速率，而本身的组成和质量并不改变的物质就叫催化剂。催化剂跟反应物同处于均匀的气相或液相时，叫做单相催化作用；催化剂跟反应物属不同相时，叫做多相催化作用。人们利用催化剂，可以提高化学反应的速度，这被称为催化反应。大多数催化剂都只能加速某一种化学反应，或者某一类化学反应，而不能被用来加速所有的化学反应。催化剂并不会在化学反应中被消耗掉。不管是反应前还是反应后，它们都能够从反应物中被分离出来。不过，它们有可能会在反应的某一个阶段中被消耗，然后在整个反应结束之前又重新产生。使化学反应加快的催化剂，叫做正催化剂；使化学反应减慢的催化剂，叫做负催化剂。例如，酯和多糖的水解，常用无机酸作正催化剂；二氧化硫氧化为三氧化硫，常用五氧化二钒作正催化剂，这种催化剂是固体，反应物为气体，形成多相的催化作用，因此，五氧化二钒也叫做触媒或接触剂；食用油脂里加入0.01%～0.02%没食子酸正丙酯，就可以有效地防止酸败，在这里，没食子酸正丙酯是一种负催化剂(也叫做缓化剂或抑制剂)。

一种固体负载离子液体和金属并应用于乙炔氢氯化反应的方法，所选用的固体载体为比表面积大于0.1m2/g、孔容大于0.02ml/g的固体，所选择离子液体的阳离子为咪唑鎓阳离子、吡啶鎓阳离子或吡咯烷鎓阳离子，阴离子可以选择任意阴离子，所选择的金属主要是以au、pd为代表的贵金属等。该专利申请中，金属分散在离子液体层中，尽管催化活性较高，但是评价结果显示反应500h后乙炔转化率只有60％左右。中国专利cn104936933a公开了一种催化剂的制备方法。该专利申请中，金属首先锚定在碳载体表面，随后再在金属表面覆盖了一层离子液体层。但是该催化剂催化寿命较短，尚无工业化应用实例。乙炔氢氯化的产物氯乙烯(VCM)是生产聚氯乙烯(聚氯乙烯)非常重要的单体。PVC是世界最重要的树脂类型之一。因为我国贫油多煤的的能源构成,当前我国工业化制VCM所采用的主要是电石气与氯化氢发生加成反应合成。该反应(乙炔氢氯化)应用的工业催化剂是以活性碳作为载体,氯化汞作为活性组分,但由于汞基催化剂中的汞组分易流失,且污染环境,对人体造成伤害,以及汞资源的日趋减少,因此,开发环境友好的,价格低廉的,易于工业化的新型催化剂,实现乙炔氢氯化反应可持续发展是当前主要需解决的问题。。据以前珍贵的研究:金基催化剂在乙炔氢氯化反应中展现优良的性能,但该类催化剂价格过高;贱金属催化剂也有作用,但活性和稳定性不如金基催化剂;因此,设计更为廉价、催化性能和稳定性更好的催化剂是目前乙炔法制备氯乙烯单体的主要研究方向。该论文以廉价易得的非金属碳材料催化剂为主要研究内容,探讨了碳材料缺陷、杂化方式以及P掺杂对乙炔氢氯化反应的影响机理。该论文主要分为以下几个方面:(1)碳缺陷对乙炔氢氯化反应催化性能影响机理研究。以有机聚合物为前驱体,经过高温炭化等步骤制备具有不同缺陷含量的非金属催化剂,通过高温脱除N的比例来控制催化剂中缺陷的含量,实验得知1100℃条件下制备的催化剂展现出最优的催化活性,此时缺陷的含量最高,结合TPD等结果分析,缺陷在乙炔氢氯化反应中也起到一定的作用。反应后的催化剂经过氨气处理后它的催化性能得到一定的恢复,表明氨气处理是催化剂再生的方法之一。(2)碳材料杂化方式对乙炔氢氯化反应的影响机理研究。以微粉纳米金刚石为前驱体,经过不同温度处理得到sp~(2/)/sp~3含量不同的碳材料非金属催化剂。在乙炔氢氯化反应中,该催化剂展现出优良的催化稳定性和活性。通过XPS分析得知,制备的热退火纳米金刚石中以sp~2杂化方式存在的碳随着碳化温度的升高而增多且从XPS宽扫图中未发现其他杂质;通过Raman表征可知,热退火金刚石的I_D/I_G值增加。TPD测试分别分析了热退火纳米金刚石催化剂对乙炔和氯化氢的吸附情况。通过TPD分析得知随着热退火金刚石催化剂中sp~2杂化方式的增多,碳材料催化剂对乙炔和氯化氢的吸附性能增强,进而提升了对乙炔氢氯化反应的催化活性。(3)磷、氮共掺杂碳材料对乙炔氢氯化反应的影响机理研究。本论文采用了一种简单便捷的制备方法,将葡萄糖(碳源)与植酸(磷源)溶解混合,经过水热碳化后再于高温煅烧的同时利用氢氧化钾刻蚀,分别制备了纯碳材料、碳氮材料、磷氮共掺杂碳材料催化剂应用于乙炔氢氯化。经过XRD测试得知前驱物成功地碳化成碳材料,经过XPS测试表明磷元素成功地掺入到材料里。所有非金属碳材料催化剂均在220℃和乙炔空速为36 h~(-1)条件下测试,分析知制得的催化剂活性从大到小分别是:P,N-C、N-C、C.这表明磷掺杂后催化剂的催化活性进一步提高,经过TPD分析得知,掺杂磷后的催化剂对HCl的吸附起到促进作用。

根据《乙炔氢氯化反应工艺工业原料气杂质含量标准》（GB/T 2423.3-2008），乙炔氢氯化反应工业原料气杂质含量的限制标准为：氧：不超过1000ppm；氮气：不超过500ppm；硫化氢：不超过50ppm；一氧化碳：不超过500ppm；水：不超过100ppm。

如下：

【摘要】：综述了分子氧氧化环己烷制取环己酮的催化剂的研究进展，重点介绍了光催化剂、纳米催化剂、仿生催化剂、分子筛催化剂和复合催化剂在环己烷催化氧化方面的应用，其中，负载在分子筛上的纳米金催化剂具有较高的催化活性、选择性及稳定性。

【关键词】：环己烷氧化，环己酮，催化剂的认识。

环己酮是重要的有机化工原料和工业溶剂，广泛应用于医药、油漆、涂料、橡胶、农药行业、印刷和塑料回收方面。目前，工业上制取环己醇和环己酮的方法主要为苯酚加氢法、苯部分加氢法和环己烷液相氧化法，环己烷氧化法的应用最为普遍，占90%以上。

由于环己醇和环己酮比环己烷更易于被氧化，为获得适宜的环已醇和环已酮的选择性，工业上环己烷氧化转化率通常控制在3.5%~5.0%，氧化选择性为90%左右。

但环己烷的大量循环造成能耗上的巨大浪费。目前，环己烷氧化工艺研究的热点主要集中在对传统工艺的改造优化、氧化剂的选择及高效催化剂的开发。开发高性能和环境友好的催化剂成为研究热点，近年来开发的一些氧化催化剂在改善环己烷转化率和产物选择性方面表现出较好的性能。

本文主要综述分子氧氧化环己烷制环己酮催化剂的研究进展。