Page 29 - 《精细化工》2021年第8期

第 8 期 王 璐，等: 含氮碳材料在乙炔氢氯化反应中的研究进展 ·1523·

性能，有效地调变活性炭的物理化学性能，从而增 类复合材料中引入非贵金属 CuCl 2 （即 Cu-g-C 3 N 4 /AC），
–1
强其反应活性 [9-10] 。现今，将具有优异性能的含氮 在θ=180 ℃，乙炔空速 72 h ，V(HCl)/V(C 2 H 2 )=1.15
碳材料作为催化剂载体应用于乙炔氢氯化反应的研 的条件下，对 Cu-g-C 3 N 4 /AC 催化剂来说，乙炔转化
究已成为氯碱行业氯乙烯清洁生产过程中的研究热 率可达 79%，VCM 选择性可保持在 99.5%以上，其
点 [11-12] 。本文主要从氮化碳材料和氮掺杂碳材料两 催化性能明显优于 g-C 3 N 4 /AC 催化剂（乙炔转化率
方面对含氮碳材料在乙炔氢氯化反应中的应用进行 为 67%，VCM 选择性为 99.5%），这主要是与催化
综述，并对其今后发展趋势进行展望。 剂中吡咯氮含量的增加有关，此研究结果证明，氮
化碳材料在乙炔氢氯化反应中应用的可行性。
1 氮化碳材料 传统的三聚氰胺、氨腈/双氰胺和尿素热解得到
的 g-C 3 N 4 会产生片层的堆积现象，降低材料的比表
氮化碳（g-C 3 N 4 ）是一种半导体性能好、稳定
面积。QIAO 等 [16] 使用三聚氰胺树脂（MF）高温煅烧
性高、耐酸碱性强、表面易调变的富氮碳材料（结
构式见图 1） [13] ，多用于乙炔氢氯化反应中无金属 策略合成了多孔结构缺陷态片段 g-C 3N 4（见图 2），
在θ= 220 ℃，V(HCl)/V(C 2 H 2 )=1.2，乙炔空速 30 h –1
催化剂和催化剂载体的合成。
的条件下，MF-600（煅烧温度 600 ℃）具有更高的
比表面积，暴露出更多的活性位点，表现出优异的
催化性能，乙炔转化率可达 94.5%，VCM 选择性始
终大于 99%。WU 等 [17] 使用不同的前驱体（六亚甲基
四胺、尿素、双氰胺）合成了 g-C 3N 4 对烷基有机锡催
化剂（Sn-g-C 3 N 4 /AC），结果表明：前驱体对氮化碳
催化剂的催化性能影响较大，且六亚甲基四胺为前驱
–1
体时催化性能最好〔在θ=200 ℃，乙炔空速 30 h ，
V(HCl)/V(C 2 H 2)=1.1 时，乙炔转化率最高可达 97.8%〕，
这主要是 Sn-g-C 3 N 4 /AC 催化剂在反应中可以形成

图 1 g-C 3 N 4 的单层结构式 更加稳定的 Sn-吡啶氮活性位点。此外，CHEN 等 [18]
Fig. 1 Single layer structure of g-C 3 N 4 将金单原子分散在 g-C 3 N 4 表面构建了 AuI-N 3 的活

LI 等 [14] 和 ZHAO 等 [15] 以双氰胺为前驱体，通过 性位点，说明此类新型氮化碳材料具有较好的乙炔
高温煅烧法得到形貌规整的 g-C 3N 4 /AC 复合材料，并 氢氯化性能，并结合密度泛函理论（DFT）计算验
将其成功应用于乙炔氢氯化反应；若采用浸渍法在此 证了氮物种的存在是催化性能提高的主要原因。

图 2 片段 g-C 3 N 4 的合成示意图 [16]
[16]
Fig. 2 Schematic illustration for the synthesis of fragmentary g-C 3 N 4