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氯乙烯是合成聚氯乙烯的基本原料,工业上通过HgCl2催化的乙炔氢氯化气固相反应生产,但该工艺存在严重的汞流失及环境污染等问题,非汞金属催化剂如AuⅢ、PdⅡ、PtⅡ等表现出较高的催化活性但易被还原而失活。此外,乙炔氢氯化为强放热反应,气固反应易产生飞温现象。本文利用离子液体蒸汽压低、液态范围宽、金属离子／粒子稳定性好等特点,探索以离子液体为介质的乙炔氢氯化液相反应,构建金属纳米粒子／离子液体催化体系,提高金属催化剂的活性及稳定性。研究了常规离子液体中乙炔氢氯化液相反应的催化活性。考察了金属催化剂种类、反应温度及气体流速对催化活性的影响,重点研究了离子液体结构对PdCl2/离子液体体系催化活性的影响,研究表明阴离子结构显著影响转化率与选择性,而阳离子碳链长度的影响相对较小。进一步制备了PdCl2/质子酸离子液体催化体系,其中质子酸离子液体具有制备简单和成本低等优点,体系的乙炔转化率与氯乙烯选择性分别达75%和99.3%,且具有良好的稳定性。合成了一类阴离子表面活性羧酸盐离子液体(anionic surfactant carboxylate ILs, ASC-ILs),在ASC-ILs中可原位生成粒径小、分布窄、具有清晰晶格条纹且高度分散的金属纳米粒子(Pd、Au、P t),探讨了离子液体结构对纳米粒子尺寸和形貌的影响。构建得到金属纳米粒子/ASC-IL新型催化体系,并首次应用于乙炔氢氯化反应中,研究了体系中纳米粒子种类及离子液体结构对催化活性的影响。研究表明纳米Pd/ASC-IL、Au/ASC-IL和Pt/ASC-IL均表现出很好的催化活性和稳定性,其中纳米Pd/ASC-IL体系的转化率和选择性高达93.04%和99.46%。研究了金属纳米粒子/ASC-IL体系的催化机理。研究表明纳米Pd晶面上高活性的Pd0原子易被HCl氧化成具有催化活性的PdⅡ,反应过程中被乙炔还原的Pd0原子在离子液体稳定作用下仍可原位生成高活性的纳米Pd。由于金属纳米粒子的高活性及ASC-IL独特的稳定效应,纳米Pd/ASC-IL体系中实现了Pd0与PdⅡ之间的高效氧化还原循环,克服了传统金属催化剂易被还原失活的缺陷,使催化体系维持高活性和良好的稳定性。此外,研究表明ASC-ILs独特的理化性质也有效提升催化活性,其强氢键碱性(ββ=1.60)和弱极性(π*=0.76-0.86)使乙炔溶解度达0.1-0.6mol/L, HC1溶解度高达2mol/mol (180 ℃ 下),从而实现反应物的高效吸收活化。系统研究了纳米Pd/ASC-IL体系的催化活性。研究了离子液体阴离子碳链长度和物化性质对催化活性的影响,考察了反应温度、催化剂用量等工艺参数对反应的影响,并评价体系的稳定性。结果表明,乙炔转化率随脂肪酸阴离子碳链长度的增加而提高,从四丁基磷辛酸根离子液体([P4444][C7COO])到四丁基磷硬脂酸根离子液体([P4444][C17COO]),转化率从76.23%提高到93.04%,乙炔转化率与离子液体π*值成负相关。在温度180℃、乙炔流量5 mL/min、氯化氢与乙炔流量比为1.2的条件下,纳米Pd/[P4444][C17COO]催化体系(0.038 mol/L)中乙炔转化率达93%,选择性高达99.5%,考察的55 h内催化活性未见下降,催化体系展现出很好的稳定性。因此,金属纳米粒子/ASC-IL作为一类新型绿色非汞催化体系,具有良好的研究应用前景。