[发明专利]一种钒磷氧化物/MCM-41催化剂及其制备方法和用途

说明书

本发明属于有机催化领域，公开了一种钒磷氧化物/MCM‑41催化剂及其制备方法和用途。本发明采用NH₄VO₃和H₂C₂O₄·2H₂O的配制的浸渍液A，磷酸配制的浸渍液B；同时对MCM‑41分子筛载体进行浸渍，干燥，焙烧，压片，筛分成20‑40目的颗粒，得到钒磷氧化物/MCM‑41催化剂，然后将得到的催化剂用于催化甲醇和醋酸制备丙烯酸和丙烯酸甲酯。本发明成本低廉，具有良好的催化活性和稳定性。通过引入载体可以更好的调控催化剂的表面酸碱性，使催化反应过程具有较高的转化率和选择性。所发明的丙烯酸及其酯的制备方法具有良好的工业化前景。

技术领域

本发明属于有机催化领域，涉及一种钒磷氧化物/MCM-41催化剂及其制备方法和用途。

背景技术

丙烯酸(酯)是一种重要的基础原料和化工中间体。由于丙烯酸(酯)具有具有不饱和双键及羧基官能团，使丙烯酸(酯)具有优异的聚合和酯化功能，其合成的聚合物主要用于涂料、化纤、制药、皮革、纺织、水处理、造纸、合成树脂、胶黏剂、超吸附材料、石油开采等各个领域。我国丙烯酸(酯)的消费量从2010年的102.3万吨到2017年达到205万吨，我国己经成为名副其实的丙烯酸(酯)类产品的生产和消费大国，且在国民经济的各个领域都起到很关键的作用。目前，因为国内外市场对其产品的需求量非常大，丙烯酸(酯)是一种非常具有发展前景的产品。

丙烯酸及其酯类的生产方法经历了氰乙醇法、雷普(REPPE)法(羰基合成法)、烯酮法、丙烯腈水解法、丙烯氧化法，前面4种工艺因技术和经济原因已经逐步被淘汰。丙烯氧化法采用丙烯在催化剂作用下被空气氧化成丙烯酸。该方法也存在着一定的弊端，例如：路线工艺流程长、且产物分离困难等。因此，利用甲醇与醋酸为原料，催化合成丙烯酸及其酯成为研究的热点。

甲醇醋酸催化合成丙烯酸及其酯是属于煤化工路线，该方法路线的研制对于克服对石油的依赖具有很大的意义；另外，由于原料丙烯在我国国民经济中占有重要的地位，丙烯在全世界供不应求，且丙烯的制作成本较高，所以采用丙烯氧化法制丙烯酸并不适合我国煤多，油少，气贫的资源结构。

发明内容

本发明旨在开发一种高活性和高选择性的催化剂,用于甲醇与醋酸一步催化制备丙烯酸及其酯。本发明所说的甲醇与醋酸一步催化制备丙烯酸及其酯的方法,反应在连续固定床反应器中,气相常压的条件下进行。

CH₃OH+1/2O₂→HCHO+H₂O

HCHO+CH₃COOH→CH₂＝CHCOOH+H₂O

CH₂＝CHCOOH+CH₃OH→CH₂＝CHCOOCH₃+H₂O

CH₃COOCH₃+HCHO→CH₂＝CHCOOCH₃+H₂O

MCM-41分子筛材料经过优化处理具有规则的孔道结构和较大比表面积,并且分子筛水热稳定性高,孔隙率也较高，十分适合用作催化剂载体,为催化反应提供更多的反应活性位点。

一种钒磷氧化物/MCM-41催化剂，包括活性组分V₂O₅和P₂O₅，载体MCM-41，所述活性组分占催化剂总质量的10％～40％，其中，活性组分中P、V的物质的量比为1.0～3.0：1。

一种钒磷氧化物/MCM-41催化剂的制备方法，包括如下步骤：