팜 탄 후옌, 응웬 안 부, 응웬 민 히엔, 레 반 히에우, 다오 반 뚜엉, 호앙 쫑 옘. 베트남 하노이 공과대학교 석유화학 및 촉매 재료 연구실, 하노이, 베트남
소개
V2O5/TiO2 촉매가 옥실렌의 산화에 성공한 이후 바나듐 함유 촉매는 다른 방향족 및 파라핀계 탄화수소의 산화에 널리 사용되었습니다[1]. 이러한 촉매의 특성은 많은 실험실에서 수많은 물리적 및 화학적 방법으로 조사되었습니다. 그러나 산화 환원 속성에 대한 논란이 끊이지 않았습니다. TPR(온도 프로그램 환원)과 NH3 TPD(온도 프로그램 탈착)는 고체 촉매의 산화 환원 특성과 표면 산도를 특성화하는 강력한 방법입니다[2,3]. 이 기사에서는 V2O5 촉매의 산화 환원 특성과 산도에 대한 다양한 지지체의 영향을 TPR과 NH3 TPD를 통해 명확히 설명합니다.
실험적
촉매 준비
습식 함침으로 두 가지 촉매 시스템을 준비했습니다. 이들은 VxA(V2O5/Al2O3의 경우) 및 VyT(V2O5/TiO2의 경우)로 표시되었으며, 여기서 x와 y는 바나듐의 로딩을 중량 %로 표현한 값입니다. 알루미나(BET 표면적 = 195m2/g) 및 티타니아(BET 표면적 = 55m2/g)에 바나듐 옥살산염 수용액을 함침시킨 후 110°C에서 14시간 동안 건조하고 650°C 및 450°C에서 3시간 동안 소성(각각 VxA 및 VyT의 경우)했습니다.
촉매의 특성 분석
수소를 이용한 온도 프로그램 환원(TPR) 및 NH3의 온도 프로그램 탈착(TPD)은 Micromeritics AutoChem II 2920 분석기에서 수행했습니다.
TPR 실험에서는 전처리하지 않은 샘플을 10°C/min에서 800°C까지 가열하여 10% H2/Ar 혼합물(25ml/min)로 환원했습니다. TPD 실험에서는 300°C에서 오염 제거 후 샘플을 100°C에서 1시간 동안 10% NH3/He(15ml/min)로 포화시킨 다음 1시간 동안 순수한 He로 퍼지했습니다. 탈착을 위해 흐르는 He(25ml/min)에서 500°C까지 가열(10°C/min)했습니다.
결과 및 토론
VxA의 NH3 TPD는 VyT의 그것과 대조적입니다. 바나디아의 로딩이 증가하면 VxA의 NH3 TPD 프로파일은 저온으로 이동하여 약산 부위의 양이 증가하고 중간 및 강산 부위의 양이 감소하는 것으로 나타났습니다. 반대로 VyT의 NH3 TPD 프로파일에서는 바나디아의 부하가 증가함에 따라 강산 부위가 증가했습니다. 단층(V10T) 위에서는 중간 온도 범위에서 세 번째 피크가 나타났습니다.
V2O5/Al2O3의 TPR은 낮은 온도에서 단 하나의 피크만 나타났습니다. 이는 모노바나데이트 종의 감소에 기인합니다. 단층 커버리지(V2T 및 V8T)에서 V2O5/TiO2의 TPR 프로파일에는 두 개의 감소 피크가 있는데, 이는 모노 및 폴리 바나데이트 종의 감소에 기인합니다. 커버리지가 단층(V10T) 이상일 때 더 높은 온도에서 세 번째 피크가 나타났는데, 이는 V2O5 결정체의 환원일 수 있습니다.
결론
- 바나디아의 부하가 증가하면 VxA의 약산성 부위의 양이 증가한 반면, VyT의 강산성 부위의 양은 증가했습니다.
- Al2O3에서 지원되는 V205는 이론적으로 단층 커버리지가 낮기 때문에 TiO2보다 더 쉽게 감소했습니다.
참조
[1] B. Grzybowska-Swierkosz, Appl. A, 157 (1997) 263- 310
[2] M.A. Reiche, M. Maciejewski, A. Baiker, Catal. 오늘, 56 (2000) 347-355
[3] J.W. 니만츠버드리엣, 촉매의 분광학, 와일리-VCH, 2000
[4] G. C. 본드, Appl. A, 157 (1997) 91-103.
