[发明专利]一种Mo-V-Te-Nb-O催化剂、其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种丙烷选择氧化制丙烯酸反应的催化剂、制备方法及应 用，具体提供了一种Mo-V-Te-Nb-O催化剂、其制备方法及应用。

背景技术

丙烯酸及其酯类系列单体是最具吸引力的合成聚合物的单体，主要用 于合成丙烯酸酯和聚丙烯酸，聚丙烯酸用于生产卫生材料、洗涤剂、分散 剂、絮凝剂和增稠剂等，丙烯酸酯则用于合成涂料、胶黏剂、纺织、造纸、 皮革和塑料助剂等。现在工业上生产丙烯酸以丙烯氧化为主，就原料成本 而言，丙烯的价格比丙烷高，并且随着丙烯用途的扩大，丙烯的价格将会 上涨，这种价格上的差距将会进一步加大。如果能实现以资源丰富的丙烷 为原料合成丙烯酸过程工业化，那么原料成本将大大降低。因此采用廉价 易得的丙烷代替丙烯直接氧化制丙烯酸成为低碳烷烃开发利用的研究热点 之一。同时，丙烷的来源丰富，它是油田气、天然气、炼厂气中的主要成 分。在我国，西气东输工程的完成必将使原来作为液化气的C3-C4烷烃大 量过剩，因此，如何利用这些廉价的烷烃具有显著的经济意义和现实意义。

然而在丙烷选择氧化制丙烯酸的反应中存在着两大难点：

①丙烷作为饱和烃，其C-H键很强。在多数反应条件下，丙烷的反应 活性都很低。激活丙烷的甲基C-H键所需能量足够打破部分氧化产物中的 C-C键，导致低碳产物的产生。所以，面临难题之一是如何利用催化过程 选择激活丙烷上强的C-H键，使较为惰性的丙烷发生部分氧化反应；同时 避免打破C3产物中弱的C-C键，保护活泼的C3中间产物，阻止其深度氧 化。

②丙烯酸是丙烷部分氧化反应的目的产物，在所有C3产物中，有一 些中间产物可以进一步氧化生成丙烯酸，如丙烯或丙烯醛；而另外一些中 间产物却不会再生成丙烯酸，如丙酮。所以，面临难题之二是如何阻止和 抑制副产物途径的发生，提高丙烯酸选择性。

解决以上两难点的关键是寻找一种高效实用、具有高反应活性、高稳 定性的催化剂，提高反应物的转化率和目的产物的选择性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Mo-V-Te-Nb-O催化剂、其制备方法及应 用；采用程序升温水热合成法制备Mo-V-Te-Nb-O催化剂，该方法操作简 单，合成时间短，成本低，重复性好，合成出的催化剂具有很高的催化活 性和目的产物选择性。

本发明提供了一种Mo-V-Te-Nb-O催化剂，该催化剂以钼酸铵、硫酸 氧钒、碲酸和草酸铌为原料，其活性组分的摩尔配比为 Mo∶V∶Te∶Nb＝1∶0.2～1.0∶0.2～1.0∶0.1～0.5。

本发明提供的Mo-V-Te-Nb-O催化剂，所述活性组分的摩尔配比优选 为Mo∶V∶Te∶Nb＝1∶0.2～0.8∶0.2～0.8∶0.1～0.5。

本发明提供了Mo-V-Te-Nb-O催化剂的制备方法，其制备过程如下：

(1)采用钼酸铵、硫酸氧钒、碲酸和草酸铌作为原料，其活性组分的 摩尔配比为Mo∶V∶Te∶Nb＝1∶0.2～1.0∶0.2～1.0∶0.1～0.5；

(2)将钼酸铵、硫酸氧钒、碲酸和草酸铌按照配比制成混合液置于特 制的不锈钢反应釜中，从室温以2～10℃/分钟的升温速率程序升温至160～ 230℃，保温时间为2～20小时，然后自然降至室温；

(3)老化后取出、抽滤、干燥，于500～700℃焙烧2～5小时，粉碎 成20～40目。

本发明提供的Mo-V-Te-Nb-O催化剂应用于丙烷选择氧化制丙烯酸反 应，反应条件：反应温度为300～400℃，反应压力为常压，反应空速为 800～1200 L Kg^-1 h^-1，催化剂为Mo-V-Te-Nb-O(其中活性组分的摩尔配比 Mo∶V∶Te∶Nb＝1∶0.2～1.0∶0.2～1.0∶0.1～0.5)。

本发明提供的Mo-V-Te-Nb-O催化剂在丙烷选择氧化制丙烯酸反应中， 表现出很高的催化活性、催化稳定性和丙烯酸选择性。

附图说明

图1特制的不锈钢反应釜示意图，1.压力表；2.热电耦管；3.截止 阀；4.螺栓；5.聚四氟乙烯密封环；6.加热套；

图2本发明Mo-V-Te-Nb-O催化剂的XRD谱图，其中(●)代表M1 相；

图3本发明Mo-V-Te-Nb-O催化剂的扫描电镜照片；