Pham Thanh Huyen, Nguyen Anh Vu, Nguyen Minh Hien, Le Van Hieu, Dao Van Tuong, Hoang Trong Yem. Petrochemisches und katalytisches Materiallabor, Technische Universität Hanoi, Hanoi, Vietnam
Einführung
Da V2O5/TiO2-Katalysatoren bei der Oxidation von Oxylen erfolgreich waren, wurden vanadiumhaltige Katalysatoren in großem Umfang bei der Oxidation anderer aromatischer und paraffinischer Kohlenwasserstoffe eingesetzt [1]. Die Charakterisierung dieser Katalysatoren wurde in vielen Labors mit einer Vielzahl von physikalischen und chemischen Methoden untersucht. Ihre Redoxeigenschaften sind jedoch nicht unumstritten. TPR (temperaturprogrammierte Reduktion) und NH3 TPD (temperaturprogrammierte Desorption) sind leistungsfähige Methoden zur Charakterisierung der Redoxeigenschaften und des Säuregehalts der Oberfläche von festen Katalysatoren [2,3]. In diesem Artikel wird der Einfluss verschiedener Trägermaterialien auf die Redoxeigenschaften und die Azidität von V2O5-Katalysatoren durch TPR und NH3 TPD geklärt.
Experimentelle
Vorbereitung des Katalysators
Zwei Katalysatorsysteme wurden durch Nassimprägnierung hergestellt. Sie wurden als VxA (für V2O5/Al2O3) und VyT (für V2O5/TiO2) bezeichnet, wobei x und y die Vanadiumkonzentrationen in Gew.-% angeben. Aluminiumoxid (BET-Oberfläche = 195m2/g) und Titandioxid (BET-Oberfläche = 55m2/g) wurden mit wässriger Vanadiumoxalatlösung imprägniert und anschließend 14 Stunden lang bei 110 °C getrocknet und 3 Stunden lang bei 650 ºC bzw. 450 °C (für VxA bzw. VyT) kalziniert.
Charakterisierung von Katalysatoren
Die temperaturprogrammierte Reduktion (TPR) mit Wasserstoff und die temperaturprogrammierte Desorption (TPD) von NH3 wurden mit einem Micromeritics AutoChem II 2920 Analysator durchgeführt.
Bei den TPR-Experimenten wurde die Probe ohne Vorbehandlung mit einem 10%igenH2/Ar-Gemisch(25 ml/min) durch Erhitzen bei 10 °C/min auf 800 °C reduziert. Bei den TPD-Experimenten wurde die Probe nach der Dekontaminierung bei 300 °C bei 100 °C eine Stunde lang mit 10 % NH3/He(15 ml/min) gesättigt und anschließend eine Stunde lang mit reinem He gespült. Für die Desorption wurde sie in strömendem He (25 ml/min) auf 500 °C erhitzt (10 °C/min).
Ergebnisse und Diskussion
Die NH3-TPD von VxA steht im Gegensatz zu der von VyT. Wenn die Vanadia-Beladung anstieg, verlagerten sich die NH3-TPD-Profile von VxA zu niedrigeren Temperaturen, was zeigt, dass die Menge der schwachen Säurestellen zunahm und die Menge der mittleren und starken Säurestellen abnahm. Bei den NH3-TPD-Profilen von VyT hingegen nahmen die stark sauren Stellen mit zunehmender Vanadia-Beladung zu. Oberhalb der Monolage (V10T) erschien im mittleren Temperaturbereich ein dritter Peak.
Die TPR von V2O5/Al2O3 zeigte nur einen Peak bei niedrigerer Temperatur. Dieser wurde auf die Reduktion der Monovanadat-Spezies zurückgeführt. In den TPR-Profilen von V2O5/TiO2 mit Monoschichtbedeckung (V2T und V8T) sind zwei Reduktionspeaks zu erkennen, die auf die Reduktion von Mono- und Polyvanadat-Spezies zurückgeführt werden. Wenn die Bedeckung über die Monoschicht hinausging (V10T), erschien ein dritter Peak bei höherer Temperatur, bei dem es sich um die Reduktion von V2O5-Kristalliten handeln könnte.
Schlussfolgerungen
- Mit zunehmender Vanadia-Beladung nahm die Anzahl der schwachen Säurestellen auf VxA zu, während die Anzahl der starken Säurestellen auf VyT anstieg.
- V205 auf Al2O3 wurde leichter reduziert als auf TiO2, da die theoretische Einzelschichtbedeckung geringer war.
Referenzen
[1] B. Grzybowska-Swierkosz, Appl. Catal. A, 157 (1997) 263- 310
[2] M.A. Reiche, M. Maciejewski, A. Baiker, Catal. Today, 56 (2000) 347-355
[3] J.W. Niemantsverdriet, Spectroscopy in Catalysis, Wiley-VCH, 2000
[4] G. C. Bond, Appl. Catal. A, 157 (1997) 91-103.
