[发明专利]一种磷酸氧钒催化剂的制备方法及其用途

说明书

本发明涉及一种磷酸氧钒催化剂、采用低共熔溶剂强化制备的方法及其用途。所述方法包括：1)钒源、低共熔溶剂、苯甲醇和C₃～C₈的一元醇混合，得到混合料，反应，其中，所述低共熔溶剂为氯化胆碱与有机多元醇形成的低共熔溶剂；2)将步骤(1)所得反应产物与磷源混合，升温至100℃～200℃，继续反应，得到磷酸氧钒前驱体；3)焙烧，得到磷酸氧钒催化剂。该方法使用绿色廉价的低共熔溶剂强化制备磷酸氧钒催化剂，克服了磷酸氧钒催化剂依靠贵金属提高其性能，产生二次污染、成本高、制备过程复杂等缺点。该磷酸氧钒催化剂在用于催化正丁烷选择性氧化制顺酐反应时，改进了收率低、选择性差等难题，克服了传统催化剂改进方法中成本高、污染大的缺点。

技术领域

本发明属于化工催化领域，涉及一种磷酸氧钒催化剂的制备方法及应用，尤其涉及一种磷酸氧钒催化剂、采用低共熔溶剂强化制备的方法及其用途。

背景技术

由于烷烃价格低廉、环境低廉，在制备高附加值化学品上，是一种潜力巨大的原料。迄今为止，使用钒磷氧催化剂实现定丁烷选择性氧化制备顺酐是唯一成功实现工业化的工艺。

到目前为止，制约钒磷氧催化剂性能提高的主要原因是该催化剂在使用过程中会发生深度氧化。目前普遍认为，该催化剂的活性相(VO)₂P2O₇是由前驱体VOHPO₄·2H₂O经过活化转化而来，在此过程中，会产生五价钒的晶相，如γ-VOPO₄，α-VOPO₄，δ-VOPO₄等，会对催化剂性能产生很大的影响。目前工业上主要通过添加金属盐作为助剂来改善催化剂的催化性能，例如Ce、Cd、Ni、Nb、Zn等，但上述金属助剂及稀土元素的添加，会导致催化剂成本提高，并且在金属盐的添加过程中会产生二氧化氮等有毒气体，造成二次污染。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种磷酸氧钒催化剂、采用低共熔溶剂强化制备的方法及其用途。本发明的方法使用廉价、无毒的低共熔溶剂辅助合成磷酸氧钒催化剂，可以环境友好地制备磷酸氧钒催化剂，能够克服传统依靠贵金属提高其性能，产生二次污染、成本高、制备过程复杂等缺点。该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顺酐反应收率低、催化剂选择性、转化率低、助剂元素流失和成本高等问题。

本发明提供一种磷酸氧钒催化剂的制备方法，其包括以下步骤：

(1)将钒源、低共熔溶剂、苯甲醇和C₃～C₈的一元醇混合，得到混合料，反应，其中，所述低共熔溶剂为氯化胆碱与有机多元醇形成的低共熔溶剂；

(2)将步骤(1)所得反应产物与磷源混合，升温至100℃～200℃，继续反应，得到磷酸氧钒前驱体；

(3)焙烧，得到磷酸氧钒催化剂。

本发明还提供上述方法获得的磷酸氧钒催化剂在正丁烷选择性氧化制顺酐中的应用。

与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明使用的低共熔溶剂合成简单，无毒、廉价、可大量制备生物可降解。

(2)本发明的方法是一种低共熔溶剂强化制备磷酸氧钒催化剂的方法，该方法中，氯化胆碱-多元醇低共熔溶剂能够特异性吸附在催化剂的某一晶面，调节该晶面的成核能，改变催化剂合成过程中的成核生长过程。改变催化剂的形貌，获得具有高活性面的催化剂。本发明在反应过程中引入低共熔溶剂，钝化副反应晶面，诱导活性晶面的形成，使催化剂的选择性和转化率均有较大的提升。

(3)相比传统的浸渍金属法，本发明的方法简化了催化剂的制备流程，成本低，操作简单，适合工业化生产。