[发明专利]一种用于聚氯乙烯无汞化合成的催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于聚氯乙烯无汞化合成的催化剂的制备方法，步骤包括：第一步、过渡金属盐加入溶剂中制备成均匀混合溶液；第二步、混合溶液中选择性加入含氮物质，第三步、聚丙烯腈中空纤维浸渍到过渡金属混合溶液中，吸附过渡金属及含氮物质，第四步、吸附过渡金属的PAN中空纤维稳定化处理；第五步、吸附过渡金属的PAN中空纤维碳化处理。本发明使用非贵金属铜、铁等储量较大，成本低廉，且环境友好；加入尿素或三聚氰胺等含氮物质引入氮元素，且在DMF或DMSO溶液中的均一性良好；PAN中空纤维自身也提供了氮掺杂，与过渡金属元素形成稳定的共轭结构，提升了催化活性，有更多活性位点；PAN中空纤维在稳定化和碳化处理后表面和内部的微孔，增大比表面积。

技术领域

本发明涉及聚氯乙烯(PVC)合成领域，是聚氯乙烯合成工业中一种负载非贵金属中空聚丙烯腈(PAN)纤维的催化剂。

背景技术

聚氯乙烯(PVC)的单体氯乙烯可由乙烯或乙炔为原料制备。与欧美国家不同，我国天然气资源匮乏，而煤炭资源储量丰富，故乙炔法生产氯乙烯工艺普及，成为制备PVC单体的主要方式。目前乙炔法中广泛使用的催化剂类型为氯化汞，其不仅含有害金属元素汞，并且在生产过程中汞元素损失严重，导致大量汞金属催化剂浪费。其中一部分汞残留在PVC树脂产品中，另一部分排放到环境中，对人类健康以及生态环境造成了严重危害。因此，寻求一种无汞催化，高效低成本的生产方法对目前国内PVC产业尤为重要。

目前PVC工业无汞生产方法主要是利用无汞催化剂，包括贵金属催化剂和非贵金属催化剂等。贵金属催化剂有较高的催化活性和稳定性，如氯化金，但其价格昂贵，储量稀少，增加了PVC生产的成本，因此难以在PVC工业中大规模使用。非贵金属催化剂，如氯化铜等，储量大成本低，对环境危害小，表现出了不小的优势，但氯化铜催化剂配比与制备环节复杂，催化活性与稳定性都与贵金属催化剂有一定差距。

申请号201810682086.9的发明专利发明了一种以CuCl₂和吡咯烷酮为活性组分，配制成混合水溶液浸渍到活性炭上，再干燥得到的铜基催化剂。但使用的有机物难以处理，操作复杂，成本较高，且易对环境造成污染。

申请号201710174566.X的发明专利发明了一种CuCl₂为活性组分，将其与酰胺类溶剂溶于水配置成混合溶液，并将活性炭浸渍于其中，再烘干得到的催化剂。此催化剂利用了CuCl₂与酰胺类溶剂的协同作用，增强了催化剂对乙炔和氯化氢气体的吸附能力，并且酰胺类溶剂是非质子高极性溶剂，对乙炔有极化作用，增加了反应效率。但其催化剂寿命较短，不符合大规模工业化生产的需求。

申请号201610882150.9的发明专利提出了一种以铜盐、铵盐和磷酸或铜盐、铵盐和磷酸盐为活性组分，通过浸渍到活性炭载体上再干燥，得到催化剂。该催化剂中添加的铵盐(NH₄Cl)有增强铜基催化剂稳定性的作用，磷酸或磷酸盐(NH₄H₂PO₄)提高了低温时的反应活性。但其催化剂成分配比较为复杂，在大规模工业生产过程中难以把控，造成不便。

由此可见，目前针对无汞非贵金属催化剂的进一步改良，提升其催化活性和稳定性，简化其配比与制备方法，对PVC行业发展有极大的促进作用。

发明内容

本发明针对以上各类催化剂的缺点，提出了一种聚丙烯腈(PAN)中空纤维负载非贵金属的催化剂。该催化剂采用聚丙烯腈(PAN)中空纤维固定过渡金属盐，如氯化铜、氯化铁和氯化钴等，作为制备PVC工艺中的新型催化剂。此催化剂节约成本，环境友好，且催化活性高，稳定性强。

本发明提供了一种用于聚氯乙烯无汞化合成的催化剂的制备方法，制备步骤包括：

第一步、过渡金属盐加入溶剂中制备成均匀混合溶液，过渡金属盐在其中分散良好，催化活性中心分散均匀；

第二步、混合溶液中选择性加入含氮物质，氮掺杂提供优良催化活性位点，提升催化活性和反应效率；