HgCl2/改性蛭石催化剂的制备及催化乙炔氢氯化反应的性能和机理研究

HgCl2/活性炭催化剂在催化乙炔氢氯化的反应中存在易升华、耐磨性差和价格高的缺陷，故开发稳定、耐磨、价廉的催化剂具有现实意义。本研究利用蛭石的可改性，阳离子交换容量大、作用力强，耐磨，价廉等特点，将蛭石改性后制备HgCl2/改性蛭石催化剂催化乙炔氢氯化反应。研究改性方法对蛭石结构、耐磨性、阳离子交换容量和与HgCl2作用力的影响；探索蛭石改性方法、催化剂制备条件、反应条件等对HgCl2/改性蛭石催化乙炔氢氯化反应催化活性、选择性和稳定性的影响规律；阐明制备条件与物质结构、物质结构与性能的关系和催化剂的催化、失活机理，推导催化剂寿命预测的模型。通过研究，为HgCl2/改性蛭石催化剂的应用奠定基础，同时也促进新疆蛭石的高值利用。故该研究具有理论、经济、环保、社会等多重意义。

采用XRF、XRD和SEM等对原始蛭石分析，表明蛭石是含Mg的金云母-水金云母-蛭石间层结构。采用热膨胀、微波膨胀、化学膨胀等方法进行膨胀工艺优化。最佳工艺为：厚度为0.6-1.5 mm、粒径为7-8 mm，H2O2 25%，微波高火、加热1 min，膨胀倍数为46.78倍。膨胀层间距增加，结构无变化。.提高膨胀蛭石对HgCl2的吸附实验表明，Na2S改性的最优吸附条件为：Na2S 1.5 mol/L，用量0.2 g， pH值6，吸附30 min。吸附量6.31 mg/g，与椰壳活性炭吸附量相近。壳聚糖进一步提高吸附量，优化条件为：pH=6，量为0.05 g/g，吸附40 min，吸附量达到7.2 mg/g，高于活性炭吸附量。吸附动力学研究为拟二级吸附动力学模型，ΔG、ΔH和ΔS表明，改性蛭石吸附HgCl2是自发和放热的。.为提高HgCl2/蛭石催化活性的稳定性，分别进行膨胀改性、壳聚糖改性、添加助剂、酸化改性、碳复合改性、包炭改性、碳化硅改性等。表明，起始乙炔转化率均达到90%以上，氯乙烯选择性均在95%以上。但膨胀改性、壳聚糖改性、添加助剂、酸化改性催化体系90%以上转化率的稳定性均在200min以下。碳复合改性、包炭改性、碳化硅改性的催化体系，90%转化率达到了600min左右，碳化硅催化体系，1000min后转化率高于85%。但依然弱于活性炭催化体系。.稳定性差的原因主要有：蛭石中的酸性SiO2成分、热稳定性差、积炭和催化剂导电导热性能差等因素，其中酸性SiO2对催化剂寿命影响最大。这为提高催化剂寿命提供了参考。.研究发现改性蛭石对单质汞具有较好的吸附容量。其中酸改性膨胀蛭石吸附性能好，吸附量为30.74 mg/g，为活性炭的2.5倍。FeCl3负载改性吸附量为43.78 mg/g，但吸附时间较长。.以蛭石的层状结构为模板制备片层状白炭黑分子筛，采用5 mol/LHCl或4 mol/L混酸较好，酸蚀孔隙约为4-5nm，最大比表面积为710.14m2/g，SiO2含量大于99%，XRD表明为无定型结构。以片层状SiO2为模板，微波法和低温镁热法制备片层状SiC。微波法中：SiO2:C比5:3，1500 ℃加热2h，得到片状多孔晶型SiC态。低温镁热法中，SiO2:C:Mg=1:2:4, 600℃恒温5h得到多层层状晶型SiC。采用低温镁热法制备片状Si条件为：