[发明专利]一种钒磷氧催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种钒磷氧催化剂及其制备方法和应用。其制备方法包括将钒源置于容器中，加入体积比为2～6：1异丁醇和苯甲醇的混合液，升温至100～180℃反应2～8小时，之后冷却至30～80℃，加入葡萄糖，再向容器中加入磷源，升温至100～200℃继续反应10～24小时，产物经过过滤、洗涤、干燥得到钒磷氧前驱体，其中，所述磷源中的磷和钒源中的钒的摩尔比为0.8～1.5：1，所述五氧化二钒在异丁醇和苯甲醇混合液中的浓度为0.02g/mL～0.12g/mL，所述钒源与葡萄糖的质量比为3～15：1；将所述钒磷氧前驱体在350～550℃温度下焙烧10～24小时，冷却，获得所述钒磷氧催化剂。该方法制备的钒磷氧催化剂比表面积大，制备方法简单，适合大规模制备。该钒磷氧催化剂在用于催化正丁烷选择性氧化制顺酐反应时，改进了现有技术中正丁烷选择性氧化制顺酐反应收率低、选择性差等难题。

技术领域

本发明属于化工催化领域，具体涉及一种钒磷氧催化剂的制备方法及应用。

背景技术

钒磷氧催化剂是一种结构具有缺陷性的复合氧化物催化剂，由V、P、O三种元素组成，因此具有良好的电子和氧传输功能，在催化领域及电化学领域有着广泛的应用。同时，该催化剂是目前唯一实现工业化的催化低碳烷烃选择性氧化的催化剂。其晶体结构组成较为复杂，针对不同的反应，其活性相也有差别，主要有(VO)₂P₂O₇、VOPO₄等，不同的制备条件往往会获得不同的晶体结构，其催化性能、微观形貌等也具有较大的差异。影响其结构组成的因素包括制备过程中还原剂种类、还原温度、P/V比、路径等。

钒磷氧(VPO)催化剂通常采用水相法或有机相法合成得到前驱体，然后通过过滤、干燥、焙烧活化和成型得到最终催化剂。早期催化剂的制备大多采用水相法，目前国内外工业应用的VPO催化剂的制备均采用有机相法，但该方法制备的催化剂仍然存在比表面积小，选择性差及易过度氧化等问题。而且，现有方法得到的催化剂比活性位点数量有限、结构容易塌陷、转化率低；由于该催化剂结构复杂性，其相态之间的转化往往难以控制，造成催化剂性能不稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种钒磷氧催化剂的制备方法及应用。

本发明提供一种钒磷氧催化剂的制备方法，其包括如下步骤：

将钒源置于容器中，加入体积比为2～6：1异丁醇和苯甲醇的混合液，升温至100～180℃反应2～8小时，之后冷却至30～80℃，加入葡萄糖，再向容器中加入磷源，升温至100～200℃继续反应10～24小时，产物经过过滤、洗涤、干燥得到钒磷氧前驱体，其中，所述磷源中的磷和钒源中的钒的摩尔比为0.8～1.5：1，所述五氧化二钒在异丁醇和苯甲醇混合液中的浓度为0.02g/mL～0.12g/mL，所述钒源与葡萄糖的质量比为 3～15：1；

将所述钒磷氧前驱体在350～550℃温度下焙烧10～24小时，冷却，获得所述钒磷氧催化剂。

以及，本发明还提供上述钒磷氧催化剂的制备方法获得的钒磷氧催化剂在正丁烷选择性氧化制顺酐中的应用。

本发明提供的钒磷氧制备方法，在制备钒磷氧前驱体时加入葡萄糖，其能够调节钒的价态及VOPO₄在活性相中的比例避免过高导致的过度氧化，以及过低带来的转化率低。葡萄糖的添加还可以改变反应溶剂的环境，控制其晶体生长过程，使活性面暴露最大化。同时，在催化剂高温活化过程中，由于生物基葡萄糖易于分解，从而起到扩孔剂作用，增大了催化剂的比表面积，增加了活性位点。该方法制备的钒磷氧催化剂粒径分布均匀尺寸小，比表面积大，制备方法简单，原料易得，成本低廉，适合大规模制备。用于催化正丁烷选择性氧化制顺酐反应时，能够提高正丁烷的转化率，顺酐的选择性及顺酐收率。

附图说明

图1为本发明实施例1所获得的钒磷氧催化剂的扫描电镜图。