[发明专利]一种导热材料掺杂钒磷氧催化剂及制备和在正丁烷选择性催化氧化合成顺酐中的应用

说明书

本发明公开了一种导热材料掺杂钒磷氧催化剂及制备和在正丁烷选择性催化氧化合成顺酐中的应用，催化剂的制备方法是将钒源与导热材料置于脂肪醇/芳香醇混合溶液中进行回流反应，再加入磷酸，进一步进行回流反应，得到催化剂前驱体；所述催化剂前驱体置于保护气氛或正丁烷/空气混合气氛下，活化处理，即得。导热材料掺杂钒磷氧催化剂掺杂导热材料，不但有利于促进催化活相的生成，而且能够使催化剂在催化过程中受热均匀，催化稳定性、选择性及活性大大提高。

技术领域

本发明涉及一种催化剂，具体涉及一种导热材料掺杂钒磷氧催化剂以及催化剂的制备方法，还涉及导热材料掺杂钒磷氧催化剂在正丁烷氧化制顺酐中的应用，属于催化技术领域。

背景技术

顺丁烯二酸酐又叫马来酸酐，简称顺酐，是一种经济上非常重要的有机化工和精细化工中间体产品，也是酸酐产品上仅次于苯酐和醋酐的第三大酸酐。其被广泛的应用于不饱和聚酯树脂、γ-丁内酯、1,4-丁二醇、四氢吠喃等众多化工产品的生产。因此市场广泛，且需求旺盛。而随着国内对环境的要求不断提高。对于目前的苯氧化法，原料以及生产过程中对环境的污染，以及成本的现状。如何改进苯氧化成顺酐生产工艺从而提高顺酐产量及质量对整个化工行业的发展有着重大的意义。正丁烷固定床氧化制顺酐凭借着原料(正丁烷)低廉、原子利用率高及产品质量好等特点，得到了迅速发展。目前，正丁烷固定床氧化制顺酐无论是催化剂制备还是生产工艺都已经发展到了一个较为成熟的阶段。与之相匹配且工业上广泛应用的催化剂则是基于钒磷氧(VPO)系列的催化剂。目前工业应用的VPO催化剂的制备主要采用有机相法，用有机还原介质还原5价钒，并采用伯或仲脂肪族醇或芳香族醇的组合，例如异丁醇和苯甲醇。异丁醇是最多使用的有机还原剂，因为与它可以组合最佳溶剂与氧化还原特征，因此有利于完全的氧化还原反应，形成四价钒，加入磷酸反应后可以形成氧钒酸正磷酸盐 (vanadyl acid orthophosphate)半水合物(VO)HPO₄·0.5H₂O，再经历进一步热处理以可以形成催化剂。根据Ballarini等提出的C₄H₁₀+3.5O₂→C₄H₂O₃+4H₂O△H⁰_298K＝-1268kJ/mol反应是一个强放热过程的反应，在反应过程中催化剂很容易因为受热不均且局部过热而影响了催化剂的稳定性和选择性，在工业上很容易催化剂局部过热而烧结。

发明内容

针对现有技术中钒磷氧催化剂在催化正丁烷氧化生成顺酐过程中存反应强放热过程导致催化剂受热不均，使催化稳定性和选择性变差等技术问题，本发明的第一个目的是在于提供一种导热材料掺杂钒磷氧催化剂，通过导热材料掺杂在 VPO催化剂中，不但有利于促进催化活相的生成，而且能够使催化剂在催化过程中受热均匀，催化稳定性、催化选择性和催化活性均大大提高。

本发明的另一个目的是在于提供一种简单、低成本的制备所述导热材料掺杂钒磷氧催化剂的方法，该方法可以借鉴现有的钒磷氧催化剂成熟合成路线，有利于工业化生产。

本发明的第三个目的是在于提供一种导热材料掺杂钒磷氧催化剂材料的应用，将其应用于催化正丁烷氧化生成顺酐反应，催化活性和选择性大大提高。

本发明提供了一种导热材料掺杂钒磷氧催化剂的制备方法，该方法是将钒源与导热材料置于脂肪醇/芳香醇混合溶液中进行回流反应，再加入磷酸，进一步进行回流反应，得到催化剂前驱体；所述催化剂前驱体置于保护气氛或正丁烷/ 空气混合气氛下，活化处理，即得。

优选的方案，钒源主要提供钒元素，一般为高价钒源，如五价钒源。优选的钒源为五氧化二钒。

优选的方案，理论上高温稳定性较好，导热系数较高的导热材料均适用于本发明技术方案，如导热系数大于100W/mK导热材料。优选的导热材料包括SiC、石墨、石墨烯、碳纳米管中的至少一种。