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异丁烷选择氧化为甲基丙烯醛和甲基丙烯酸催化剂的研究

朱万春  
【摘要】:异丁烷直接氧化制甲基丙烯酸(MAA)有着重要的意义。杂多化合物具有确定的结构;具有强的酸性和氧化性,并且可以通过部分取代调变这些性质。多组分金属氧化物也具有多功能性,通过对组成、组分的氧化态及制备方法的改变来调变其晶相结构和酸性和氧化还原性质,并且在烯烃和正丁烷氧化反应工艺中成功的应用。本文针对异丁烷氧化反应的特点,结合杂多化合物和多组分氧化物的性质及其催化性能,设计并制备了多组分磷钼酸盐催化剂和Mo-V-Te-Nb-O氧化物催化剂。同时利用XRD、FTIR、TPR、XPS、ICP、SEM等方法对合成的催化剂的结构与性质进行了研究,并考察了异丁烷催化氧化的催化性能。结果表明: 具有Keggin结构的多组分磷钼杂多化合物P1.33-kMo_(12)Sb_lCumVnAskK1.5Ox催化剂中引入As、V、Cu、Sb对提高异丁烷氧化反应的活性和甲基丙烯醛、甲基丙烯酸的选择性都起了重要作用,是催化剂不可缺少的组成部分。催化剂在反应前后保持Keggin结构稳定。 采用两步浸渍法制备了负载化的磷钼酸盐催化剂,选用硅胶,扩孔硅胶、介孔分子筛MCM-41和SBA-15等材料作载体,考察了载体的孔结构和性质对的异丁烷催化氧化性能的影响。结果表明,大的孔径对选择氧化形成目的产物有利。 采用动态水热法制备了MoVTeNbOx系列多组分氧化物催化剂,考察了多组分氧化物的元素组成、氧化态对催化剂的晶相结构、性质和对异丁烷催化氧化性能的影响。结果表明合成的催化剂样品在焙烧处理过程中和反应前后保持结构和组成稳定。催化剂组成的变化改变了样品的晶相结构,同时改变了催化剂的异丁烷催化氧化性能。适量的Te、V、Nb的引入能提高异丁烷的转化率和目的产物的选择性,MoVTeNbOx四组分氧化物相对有最好的催化性能,推测催化剂的异丁烷催化氧化性能是MoO3、M1和M2三种晶相共同作用的结果。


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