新疆大学化工学院王璐教授研究团队开发了一种新型乙炔氢氯化无汞催化剂，该催化剂以新疆煤基炭为载体，通过尿素改性负载铜活性组分。研究发现，尿素改性不仅能有效提高催化剂的乙炔转化率和氯乙烯选择性，还能增强催化剂的稳定性。在优化条件下，乙炔转化率达到92.6%，选择性超过98.2%，显示出优异的催化性能。这项研究为无汞催化剂的设计合成提供了新的策略，对促进聚氯乙烯（PVC）的绿色生产具有重要意义。
尿素改性新疆煤基炭负载铜催化剂的乙炔氢氯化性能
杨海龙1，王璐1,3，闫海军1，司建鑫1，武荣兰1，李小飞3，王吉德1,2，关清卿1，孙辉1，梁长海4
1 新疆大学 化工学院 石油天然气精细化工教育部和新疆维吾尔自治区重点实验室
2 新疆大学 碳基能源资源化学与利用国家重点实验室
3 新疆维吾尔自治区产品质量监督检验研究院
4 大连理工大学 精细化工国家重点实验室
本研究创新性地采用尿素小分子对新疆煤基炭进行改性，成功制备了铜基催化剂。尿素的引入不仅提高了铜活性组分的分散性，还增强了其在催化反应中的稳定性，有效抑制了铜物种的还原和流失，减少了积碳的形成。这种改性策略显著提升了催化剂的乙炔氢氯化性能，为煤化工路线的乙炔氢氯化法生产聚氯乙烯提供了高效、环保的催化体系。
研究背景
聚氯乙烯（PVC）是一种广泛应用的工程塑料，而乙炔氢氯化法是生产PVC的重要方法之一。目前，该过程使用的汞催化剂存在环境污染和健康风险，开发无汞催化剂是实现PVC清洁生产生产的关键。铜基催化剂因其较低的成本和毒性被认为是有前景的替代品，但其活性和稳定性仍有待提高。新疆煤基炭因其高比表面积和孔隙结构，被认为是一种理想的催化剂载体材料，本研究通过尿素改性策略，旨在提高铜基催化剂的性能。
研究内容
研究团队采用超声辅助浸渍法制备了尿素改性的铜基催化剂，并对其结构和性能进行了系统研究。通过改变铜负载量和尿素引入量，研究了这些参数对催化剂性能的影响。利用X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、氮气物理吸脱附、等离子体发射光谱（ICP-OES）和热重（TG）技术对催化剂进行了表征分析。研究结果表明，尿素改性能有效提高铜活性组分的分散性，增强催化剂的稳定性，并减少积碳的形成。
研究结论
1）尿素改性铜基催化剂的制备成功，其中铜负载量为20%、尿素引入量为15%时，催化剂表现出最佳的乙炔氢氯化性能，乙炔转化率高达92.6%，氯乙烯选择性始终大于98.2%。
2）尿素改性显著提高了铜活性组分的稳定性，减少了铜物种在反应过程中的还原和流失，有效延长了催化剂的使用寿命。
3）尿素改性还有效抑制了积碳的形成，积碳量从14.07%降低到12.13%，进一步增强了催化剂的稳定性和催化性能。
4）本研究为乙炔氢氯化无汞催化剂的开发提供了新的策略，对推动PVC的绿色生产具有重要的理论和实际意义。
催化剂制备流程
尿素引入量对20Cu/CAC催化性能的影响
催化剂的XPS和XRD图谱
引用格式：
杨海龙,王璐,闫海军,等.尿素改性新疆煤基炭负载铜催化剂的乙炔氢氯化性能[J].洁净煤技术,2024,30(6):142-148.
YANG Hailong, WANG Lu, YAN Haijun, et al. Hydrochlorination of acetylene performance over urea - modified Xinjiang coal-based carbon supported copper catalyst[J].Clean Coal Technology,2024,30(6):142-148.
通讯作者
王璐，中共党员，工学博士，新疆大学化工学院教授、博士研究生导师，现任高分子材料与工程系主任、石油天然气精细化工教育部暨自治区重点实验室副主任。新疆维吾尔自治区“优秀博士后”、“天山青年”、“天池博士”。研究方向为多孔复合材料的调控合成及其在催化领域的应用，主要在煤基乙炔制氯乙烯单体催化剂技术等方面开展相关研究。主持国家自然科学基金3项、中国博士后科学基金及自治区级等科研项目11项，在国内外期刊发表学术论文40余篇，获授权专利4件。以第一完成人荣获2023年新疆维吾尔自治区科技进步三等奖1项，获新疆大学教学成果一等奖1项、新疆大学教学能手、新疆大学优秀研究生导师、新疆大学第一届青年教师比赛一等奖等荣誉。
作者简介
杨海龙，中共党员，新疆大学化工学院材料与化工专业在读硕士，研究方向为PVC无汞催化剂研发。参与国家级、自治区级科研项目共2项，发表核心论文1篇，申请发明专利1件，获2022年第八届中国国际“互联网+”创新创业大赛自治区铜奖1项、新疆大学首届实验室安全技术大赛一等奖，获新疆大学优秀学生干部、新疆大学化工学院优秀共青团员和优秀共产党员等。
新疆大学化工学院王璐教授课题组长期聚焦我国氯碱行业电石法PVC清洁生产中“无汞”催化技术的研究，在该领域主持国家级自然基金项目2项、中国博士后基金及自治区科技项目等其他科研项目10余项，在J Hazard Mater、J Mater Res Technol、Chinese Chem Lett、Micropor Mesopor Mat等领域内高水平期刊发表学术论文40余篇，申请发明专利16件，授权4件，获2023年度自治区科技进步（自然科学）三等奖1项等。
