Lewis固体酸NiF2-AlF3的制备及其氟代乙烷脱氟化氢催化反应

Based on the problem for treatment and utilization of a large excess of greenhouse gas fluoroethanes (HFCs), this project tries to develop the new composite aluminum fluoride solid acid for the green dehydrofluorination of HFCs to fluorinated olefins. Firstly the sol-gel and hard template method combination, and introduction of other transition metal co-catalyzed, help establish the preparation techniques, which is effective regulation of the NiF2-AlF3 catalyst on the pore structure and surface Lewis acidity strength and number. We explore the structure-activity relationships of reactivity, selectivity, stability and catalysts acidity, pore structure/surface, through physical-chemical characterization of NiF2-AlF3 and analysis of deactivation. And a reasonable reaction mechanism model of HFCs dehydrofluorination is proposed in this study. On this basis, optimized preparation of catalyst with high activity and selectivity was conducted by the theory. Furthermore, adding a small amount of alkali metal for inhibition the catalyst sintering, combined with a new anti-coking process test, to further suppress catalyst deactivation and develop the high stability dehydrofluorination catalyst. The project will lay the foundation for the development of new porous solid Lewis acid, as well as the industrial fluorinated hydrocarbon green dehydrofluorination technology.

本项目针对我国大量过剩的温室效应气体氟代乙烷（HFCs）的资源化处理利用问题，以研制用于HFCs脱氟化氢绿色转化制含氟烯烃的新型复合氟化铝固体酸为研究目标。首先采用溶胶凝胶和硬模板组合的多孔化方法，并引入其它过渡金属助催化修饰的手段，建立NiF2-AlF3催化剂孔结构与表面Lewis酸性强度和数量有效调控的制备技术。通过对NiF2-AlF3复合Lewis酸催化剂的物化性质表征和反应失活分析，探索研究HFCs脱HF的反应活性、选择性及稳定性与催化剂酸性和孔结构\表面之间的构效关系，并提出合理的HFCs脱HF催化反应机理模型，以理论指导优化制备出高性能的HFCs脱氟化氢催化剂。此外，通过添加微量碱土金属助剂和反应介质抗结焦新工艺试验来抑制催化剂失活，从而开发出高稳定性的脱氟化氢催化剂技术。本项目研究将为发展新型的多孔Lewis酸以及开发工业氟代烷烃脱氟化氢绿色转化新技术奠定基基础。

氟代乙烷(HFCs)作为温室效应气体产能过剩，即将面临着淘汰。催化剂脱氟化氢是过剩HFCs的资源化处理利用的一个重要方法。研制了用于HFCs脱氟化氢绿色转化制含氟烯烃的新型复合氟化铝固体酸（NiF2-AlF3）。利用溶胶凝胶和硬模板组合的多孔化方法，并引入其它过渡金属助催化修饰的手段，制备了比表面积高（120 m2 g-1）、Lewis酸量高（960 umol g-1）的NiF2-AlF3催化剂。调变制备工艺条件，包括铝前驱体和镍源的选择、溶剂、焙烧温度、氟化温度、除炭温度等参数，对NiF2-AlF3催化剂孔结构与表面Lewis酸性强度和数量进行了有效调控。通过对NiF2-AlF3复合Lewis酸催化剂的物化性质表征和反应失活分析，探索研究HFCs脱HF的反应活性、选择性及稳定性与催 化剂酸性和孔结构\表面之间的构效关系，并提出合理的HFCs脱HF催化反应机理模型，以理论 指导优化制备出高性能的HFCs脱氟化氢催化剂。此外，通过添加微量碱土金属助剂和反应介质抗结焦新工艺试验来抑制催化剂失活，从而开发出高稳定性的脱氟化氢催化剂技术。本项目研究现已经与上海三爱富新材料股份有限公司合作，实现成果转化。本项目研究将为发展新型的NiF2-AlF3催化剂具有潜在的工业应用前景。