ファム・タイン・フエン、グエン・アン・ヴー、グエン・ミン・ヒエン、レ・ヴァン・ヒエウ、ダオ・ヴァン・トゥオン、ホアン・チョン・イェムハノイ工科大学石油化学・触媒材料研究所、ハノイ、ベトナム
はじめに
V2O5/TiO2触媒がオキシレンの酸化に成功して以来、バナジウム含有触媒は他の芳香族炭化水素やパラフィン系炭化水素の酸化に広く使用されるようになった[1]。これらの触媒の特性は、多くの研究室で多くの物理的・化学的手法によって研究されてきた。しかし、これらの触媒の酸化還元特性については、論争がないわけではない。TPR (Temperature-Programmed Reduction) とNH3TPD (Temperature-Programmed Desorption) は、固体触媒の酸化還元特性と表面酸性度を評価する強力な方法である [2,3]。本稿では、V2O5触媒の酸化還元特性と酸性度に及ぼす担体の違いによる影響について、TPRとNH3 TPDを用いて明らかにする。
実験的
触媒の準備
湿式含浸法により2種類の触媒を調製した。VxA（V2O5/Al2O3）およびVyT（V2O5/TiO2）と表記し、xおよびyはバナジウムの担持量をwt%で表した。アルミナ（BET比表面積＝195 m2/g）とチタニア（BET比表面積＝55 m2/g）にシュウ酸バナジウム水溶液を含浸させた後、110℃で14時間乾燥させ、650℃と450℃（それぞれVxAとVyT）で3時間焼成した。
触媒の特性評価
水素による温度プログラム還元(TPR)とNH3の温度プログラム脱離(TPD)は、Micromeritics AutoChem II 2920アナライザーを用いて実施した。
TPR実験では、前処理なしの試料を10% H2/Ar混合液(25 ml/min)で還元し、10℃/minで800℃まで加熱した。TPD実験では、300 °Cで除染した試料を100 °Cで10%NH3/He(15 ml/min) で1時間飽和させた後、純Heで1時間パージした。脱着のために、He（25 ml/min）を流しながら500 °Cまで加熱（10 °C/min）した。
結果と考察
VxA のNH3TPD は VyT のそれとは対照的であった。バナジアの担持量が増加すると、VxA のNH3TPD プロファイルは低温側にシフトし、弱酸性サイトの量が増加し、中酸性サイトと強酸性サイトの量が減少した。反対に、VyT のNH3TPD プロファイルでは、バナジアの負荷量が増加するにつれて強酸サイトが増加した。単原子層(V10T)以上では、中間の温度範囲に第3のピークが現れた。
V2O5/Al2O3のTPRは、低温で1つのピークしか示さなかった。これはモノバナジン酸種の還元に起因する。V2O5/TiO2のTPRプロファイルには、単原子層被覆(V2TとV8T)では2つの還元ピークがあり、これらはモノバナジン酸種とポリバナジン酸種の還元に起因する。単原子層以上の被覆(V10T)では、第3のピークが高温で現れ、これはV2O5結晶子の還元である可能性がある。
結論
- バナジアの添加量が増加すると、VxA上の弱酸性サイトの量が増加し、一方、VyT上の強酸性サイトの量は増加した。
- Al2O3に担持されたV205は、理論的な単分子膜の被覆率が低いため、TiO2よりも還元されやすかった。
参考文献
[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.A, 157 (1997) 91-103.
