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中科院海西创新研究院
上海有机所非金属氮掺杂活性炭催化剂研制及其在氯乙烯合成中的应用取得新突破

  聚氯乙烯(PVC)不仅是大宗树脂材料,广泛用于国民建设各个行业,全球每年PVC产量超过4000万吨,此外PVC行业对氯碱行业的氯气平衡起到不可或缺的作用。我国2018PVC产量约2000万吨,其中70-80%为电石乙炔法生产。乙炔法技术在生产过程中使用汞触媒催化剂,汞触媒年消耗量约1000吨,氯化汞高温易升华,对水体造成严重污染,导致水俣病高发,《水俣公约》2017816日起在中国等缔约国正式实施生效,要求缔约国自2020年起,禁止生产及进口含汞产品。《水俣公约》实施将对我国PVC产业以及氯碱行业沉重打击,因此无汞催化剂及在氯乙烯(PVC单体)合成中的应用研究迫在眉睫。

  

  

  上海有机所姜标团队近十年来致力于无汞催化剂及在氯乙烯合成中的应用研究,成功研制第一代钡盐负载的活性炭催化剂Ba@AC并应用于二氯乙烷和乙炔耦合制备氯乙烯中,该工作得到国家973计划、国家自然科学基金、中科院重点培育计划的支持。在该工作基础上,姜标团队在海西创新研究院自主部署项目的支持下,研制了更具有经济性的第二代氮掺杂活性炭催化剂N@AC,该催化剂表现出更加优异催化性能:1)在二氯乙烷和乙炔耦合反应中,反应温度仅需260℃二氯乙烷转化率就达到95%,乙炔转化率达到90%,氯乙烯选择性超过98%。通过XPS等表征手段及催化反应性能评价相结合,揭示催化剂表面的吡啶氮原子是催化剂的活性位点。2)该催化剂成功应用于分步法二氯乙烷裂解和乙炔氢氯化制氯乙烯中,使我国现有大规模乙炔法制氯乙烯仅需简单的催化剂更换就可实现无汞化工艺升级成为可能。这一研究结果以封面文章发表在了Reaction Chemistry & Engineering杂志上,DOI: 10.1039/c7re00201g,此外该工作申请相关知识产权4项(201410532264.120141053253.0201410532152.6201111151006144.2)。

(上海有机所供稿)