丙烷选择氧化制丙烯醛和丙烯酸的研究

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1、浙江大学硕士学位论文摘要丙烷是一种储备丰富，价格低廉的化工原料。在石油资源的日趋匮乏的今日，利用储备仍较为丰富的丙烷资源，将其转化为附加值较高的含氧化合物成为催化领域研究的热点之一，在天然气工业中具有极其重要的意义。由于丙烷的稳定性和目的产物的活泼性，目前适合工业化的催化剂仍有待开发。文献报道的丙烷选择氧化制丙烯醛的得率约在10％，丙烯酸的得率一般在30％左右。因此，对该反应催化剂的研发显得尤为重要。在丙烷选择氧化制丙烯醛的催化剂体系中，复合金属氧化物催化体系如Bi-Mo．V和Mo．V-Te体系是研究较为深入、效果较优的催化剂体系，目前该反应大多采用

2、非负载型催化剂。对于丙烷选择氧化制丙烯酸的体系中，主要集中在Mo．V．Te．Nb体系，研究主要包括M1、M2相和机理。由于该体系中多元素、多活性组分，使得对催化剂的制备和元素比要求较高，元素比微量的变化或者制备条件的稍有不同，都有可能得到截然不同的效果。为了进一步研究丙烷选择氧化制丙烯醛和丙烯酸催化剂，开发出优异的、具有工业应用前景的催化剂，本论文主要考查了负载型催化剂，掺杂元素的作用及元素比对催化性能的影响，并探讨了催化剂的构效关系。论文第一章详细介绍了丙烷选择氧化制丙烯醛和丙烯酸的目的意义及目前的研究现状。包括该类反应所用的催化剂体系、影响催化性

3、能的各种因素、反应机理等方面，并阐述了本论文的立体依据和研究内容。论文第二章主要介绍了本论文的实验方法和表征手段。主要包括催化剂的制备方法、催化剂的评价条件和数据处理、催化剂的表征方法及条件等。论文第三章主要研究了丙烷选择氧化制丙烯醛催化剂。研究包括非负载型Bi-Mo．V催化剂和负载型的Mo．V．Te催化剂。首先详细研究了在0【．Bil／3(M004)3体系中，通过制备不同含量的V元素逐渐取代Mo元素催化剂应用于丙烷选择氧化制丙烯醛的反应。评价结果显示，随着V元素的提高，丙烷的转化率和丙烯醛的得率逐渐提高，当V掺杂量为0．55时，丙烯醛的得率最高。适

4、量的V掺杂提高了催化剂的酸性和氧化还原性，从而提高了丙烷的的转化率。同时，V掺杂引起的阳离子缺位的变化，适量的阳离子缺位可能是获得较高催化性能的另一。l浙江大学硕士学位论文原因。另外，考虑到载体对活性组分的分散与隔离，我们利用SiC载体对Mo．V_Te催化剂进行了负载，一方面利用SiC的载体对活性中心的分散作用，隔绝活性位点，防止深度氧化；另一方面，考虑到载体的中性，防止载体酸性引起的深度氧化。当负载量为10％时，MoVo．1Teo．15／SiC催化剂对丙烷的催化性能最佳。在此基础上，掺杂了P元素。P元素的掺杂大大提高了催化剂的催化性能，当P含量为0

5、．05时，丙烯醛的得率可达10．7％。结果表明，适量P元素提高了催化剂的表面酸性，表面酸性的增加可能与p掺杂生成PMo杂多酸和(VO)2P207有关，从而提高了丙烷的转化率。并且，适量的P含量可以更好的分散催化剂的活性组分，从而提高催化剂的氧化还原能力，提高了催化剂的催化性能。论文第四章主要对丙烷选择氧化制丙烯酸催化剂进行了研究。在Mo。TebVxNbvOn(a／b=8．32，a／x=6．63，x／y=1．18)催化剂中，我们对该体系的不同元素之间比例进行了调控，并对该类催化剂进行了XRD、Raman、XPS、NH3一TPD、H2．TPR、TPRO、

6、02．TPO等表征。结果表明，在Mo,,TebVxNbyO,(a／b=8．32)催化剂中，当V／Nb比较低时(0．58～0．82)，丙烷的催化性较好，尤其是当V／Nb比为O．58和0．82时，丙烯酸的得率在40％以上。调控V／Nb比后的催化剂的氧化还原能力、酸性和氧的流动性都有不同程度提高。并且，催化剂表面的M1含量较高，V5W+比例和Te含量较高，这些变化可能是丙烷转化率较高和丙烯酸得率较高的原因。在得到催化性能较佳的V／Nb比催化剂后，本论文又对Mo。TebV。NbyOn(xq=O．82)催化剂进行了Mo／Te比的调控。当Mo／Tc比为5．95时

7、，丙烯酸的得率进一步提高，最高得率在47．2％。结果表明，该催化剂进一步提高了催化剂酸量和氧的流动性，但表面V5+／’V4+有所减小，使Mo。TebVxNbvon∽=5．95，x／y=0．82)催化荆的反应温度(400℃)有所提高。为了对Mo．V-Te．Nb元素比例进行更精确的调控，开发出催化性能优异的催化剂，本论文在催化剂经过V／Nb比和Mo／Te比的调控的基础上，扩大了V和Nb的变化范围和反应温度的变化范围，又一次对其进行了不同V／Nb比优化，通过数十次的催化剂评价，最终得到了一系列较高丙烯酸得率的催化剂，丙烯酸得率最高可达50％以上，该数值超过

8、目前国内外文献与专利的报道。由于P元素能改善目的产物的选择性，提高催化性能，本论文对MoaTebVxNbyO