[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的制备方法及其用途。所述方法包括：1)钒源、杂多酸离子液体、苯甲醇和C₃～C₈的一元醇混合，得到混合料，反应；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。该方法使用杂多酸离子液体强化制备磷酸氧钒催化剂，对磷酸氧钒起到“多位点协同”作用，提高催化活性，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、采用杂多酸离子液体强化制备的方法及其用途。

背景技术

磷酸氧钒(VPO)是一种重要的复合氧化物，在低链烷烃选择性氧化及氨氧化等反应中表现出优异的催化性能，其中，该催化剂是目前唯一实现工业化丁烷选择性氧化制顺酐的催化剂。

目前为止，大多数学者普遍认同钒磷氧催化剂的活性相是由其属于四方晶系的前驱体VOHPO₄·0.5H₂O经过活化拓扑转变成具有正交晶系结构的(VO)₂P₂O₇，在前驱体的制备过程及晶型的拓扑转变过程中，其晶体结构，晶相组成，表面酸碱度等会对催化剂性能产生很大的影响。目前的合成方法得到的VPO催化剂主要存在活性位点暴露低，比表面积小，结构易坍塌，杂相干扰严重，电子缺陷明显等问题，并且由于结构的复杂性造成相态之间的转化不可逆，导致催化剂的性能不稳定，选择性差及存在过氧化现象。

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、采用杂多酸离子液体强化制备的方法及其用途。本发明的方法使用杂多酸离子液体辅助合成磷酸氧钒催化剂，能够克服传统磷酸氧钒催化剂性能不稳定，电子缺陷明显的问题。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制顺酐反应收率低、催化剂选择性、转化率低等问题。

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、杂多酸离子液体、苯甲醇和C₃～C₈的一元醇混合，得到混合料，反应，其中，所述杂多酸离子液体的阴离子通式为[XM₁₂O₄₀]^n-或者[Y₂N₁₈O₆₂]^n-，X为元素Si或P，M为元素W、Mo、V和Nb中的至少一种，Y为元素P，N为元素W、Mo和V中的至少一种，所述杂多酸离子液体的阳离子为季铵阳离子及其衍生物、烷基取代基咪唑阳离子和吡咯类阳离子及其衍生物中的至少一种；

(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)杂多酸离子液体对磷酸氧钒起到“多位点协同”作用。阳离子基离子液体能够影响V₂O₅的V⁵⁺到V⁴⁺的还原过程，调变功能V原子的价态。

(2)杂多酸阴离子基中存在P、Mo、V等活性位点，对钒磷氧催化剂氧缺陷空位的拓扑转变过程造成积极有效的促进作用。

(3)采用“功能化导向设计”策略，调变助剂的阴阳离子基提高VPO催化剂的性能。