试析正丁烷氧化制顺酐vpo催化剂的制备及氧化机理研究

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1、天津大学硕士学位论文正丁烷氧化制顺酐VPO催化剂的制备及氧化机理研究姓名：廖兰贵申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：姜浩锡20070801中文摘要丁烷部分氧化法制备顺酐由于原料价廉、理论产率高、对环境污染小等原因，已逐渐替代苯法成为顺酐生产的主要技术路线。然而，对该工艺所用的VPO催化剂的研究尚不够深入，因此对其制备工艺和反应机理进行研究具有重要的理论意义和实际意义。本文制备了用于丁烷部分氧化制顺酐的VPO催化剂和铈改性催化剂。通过X射线衍射(Ⅺ[m)、钒价态分析、比表面积(BET)、孔结构

2、分析及活性评价等方法考察了还原温度和磷酸浓度对催化剂结构和性能的影响。结果表明，还原温度为135。C下制备的催化剂前躯体由VOHP04·0．5H，O组成，反应后催化剂主要的活性相为(VO)2P207，同时也有适量的13一VOP04存在，获得了较好的催化性能；磷酸浓度主要通过其中的水影响催化剂的结构，浓度为85％的条件下制备的催化剂效果较好。，本文通过X射线衍射(XRD)和程序升温还原．质谱技术(TPR．MS)对助剂铈的影响进行了考察。结果表明，适宜的CeN原子比为0．06，铈的加入可以使催化剂中含

3、有适当比例的旷和V5+，增加了氧物种含量，提高了催化剂的活性。同时，铈的加入还可以抑制磷的流失，提高了催化剂的稳定性。通过对改进催化剂进行工艺条件影响的研究，确定了适宜的工艺条件为反应温度440。C，原料丁烷浓度1．7％(体积比)，体积空速2500h"1，在此条件下，丁烷转化率77．7％，顺酐选择性67。4％，顺酐质量收率88．5wt％。。本文通过程序升温脱附一质谱技术(TPD．MS)考察了丁烷在催化剂上的吸附行为，认为丁烷在催化剂表面存在着微弱的物理吸附；通过程序升温表面反应．质谱技术(TPSR

4、．MS)考察了丁烷部分氧化制顺酐的反应机理，认为反应过程中存在多种形式的氧源，其中晶格氧是生成目标产物顺酐的主要氧源，吸附氧和游离的气相氧是生成深度氧化产物COx的主要氧源。最后，本文对在固定床反应器上用催化剂晶格氧部分氧化正丁烷制取顺酐的反应过程进行了初步探索，发现顺酐的选择性有较大提高，在丁烷转化率为20％时，顺酐选择性达到90％。并据此提出用固定床晶格氧化丁烷、并结合空气再生催化剂的方法，为丁烷部分氧化制各顺酐提供了新思路。关键词：丁烷顺酐Ce改性VPO催化剂氧化机理晶格氧ABSTRACTT

5、hetechnologicalrouteofselectivecatalyticoxidationofn-butanetomaleicanhydride(MA)becomespreponderantprocesstoproduceMAbecauseofitslowerpriceofmaterials，highertheoreticalyieldandlessenvironmentalpollution．However,theconcernedoxidationmechanismoverVPOcat

6、alysthasnotbeenwellunderstood．Therefore，itisoftheoreticandpracticalsignificancetostudythepreparationofVPOcatalystandtheoxidationmechanism．Inthiswork,theVPOcatalystandtheCe-promotedVPOcatalystwereprepared，andtheeffectsofreactiontemperatureandtheconcent

7、rationofthephosphoricacidonsurfacestructureandcatalyticperformanceofcatalystswereinvestigatedbymeansofdeterminationofaveragevalencestateofvanadium，XRD，BET,poresizeanalysisandactivityevaluation．Itwasindicatedthatthecatalystprecursorpreparedafterreducti

8、onat135"CconsistedofVOHP04‘0．5H20，whichwasconvertedmainlyto(VO)2P207andalialep—VOP04aftertheactivation，showingbettercatalyticperformance．Thewaterinphosphoricacidcouldaffectthestructureofcatalyst,andthecatalystpreparedby85％phosphoricacidshowedb