当前工业上,乙炔法生产氯乙烯过程仍依靠氯化汞催化剂,然而,氯化汞高毒,在反应条件下易被还原成金属态汞导致挥发,为环境和人类健康带来了巨大压力。在中国大量应用乙炔法生产氯乙烯的国情下,汞催化剂的替代问题亟待解决。本论文围绕这个问题,开发了两种无金属的非汞催化剂,表现出优异的催化活性和氯乙烯选择性,以及稳定性,具有一定的应用前景。对碳氮基催化剂的工业应用进行了前期探索,尤其放大制备和反应性能的评价,取得了一定成果;研究了不同非金属催化剂的反应机理和失活原因,开发了简单的再生方法。主要研究内容和结果如下:1.氮掺杂的碳催化剂的研制。以葡萄糖为原料,通过水热聚合和高温氨化制备所得。催化剂具有丰富的微孔结构和高的氮掺杂量(10 wt. %以上)。催化剂表现出良好的催化乙炔氢氯化反应的能力,在给定反应条件下,乙炔转化率可达80-90%以上,氯乙烯的选择性95%左右;催化剂在200℃稳定反应300 h以上,反应至600 h其转化率下降至85%;催化剂失活的主要原因为积碳,可以通过在较低温度下(300℃)空气中焙烧,再转移至氨气中焙烧(450℃)实现再生,再生后的催化剂初始转化率80%以上(所用失活催化剂的活性降低至10%以下);2.催化剂在企业工况下的性能。在同样乙炔空速条件下,通过提高催化剂装填量,可增加反应气体线速度,减少外扩散阻力,提高催化性能。在较高线速度条件下,反应温度可适当降低,在维持催化活性的前提下减缓反应积碳,延长催化剂稳定性。通过降低反应温度至180℃,提高催化剂装填量,其稳定性可延长至900 h,期间无显著失活现象;3.多孔氮化硼p-BN催化剂的研制。(1)材料制备和结构:以硼酸和三聚氰胺为原料,高温反应获得多孔氮化硼,该材料呈六方氮化硼结构,具有高的比表面积,丰富的孔结构(微孔和介孔),丰富缺陷和边界;(2)催化性能:反应结果表明,催化剂在280℃时乙炔转化率可达99%,氯乙烯选择性99%,连续反应1000 h左右失活较为缓慢,乙炔转化率缓慢降至95%,综合性能优于碳氮材料;(3)催化作用机理及失活原理和再生:研究发现催化剂失活原因为积碳;积碳可通过在较低温度的空气气氛中烧除,烧除积碳后的材料在氨气气氛高温活化后可实现再生。结合DFT计算,发现氮化硼的扶手椅边界具有催化活性,反应遵循Eley-Rideal反应机制,通过吸附活化乙炔实现催化活化;通过动力学模拟,提出了可能的反应路径,其过程可能涉及一个类似碳正离子的中间物种的形成。