[发明专利]一种钒磷氧催化剂及其活化方法和应用

说明书

本发明公开了一种钒磷氧催化剂及其活化方法和应用。钒磷氧催化剂的活化方法，包括：1)将钒磷氧催化剂的前驱体在气氛I中进行第一活化，得到第一活化产物；2)将第一活化产物在气氛II中进行第二活化，得到第二活化产物，其中，气氛II含有分子氧气体II、惰性气体II、碳氧化物II、水蒸气II和磷酸烷基酯I；3)将第二活化产物在气氛III中进行第三活化，得到第三活化产物，其中，气氛III含有分子氧气体III、惰性气体III、碳氧化物III、水蒸气III和磷酸烷基酯II；4)将第三活化产物在气氛IV中进行第四活化。本发明的活化方法能够提高钒磷氧催化剂的稳定性，又能保证催化剂的活性和选择性。

技术领域

本发明属于顺酐的制备领域，具体涉及一种钒磷氧催化剂及其活化方法和应用。

背景技术

含钒的氧化物因其对氧化还原反应良好的催化特性，常常被用于选择氧化反应的催化剂。其中，钒磷氧(VPO)催化剂是迄今为止对催化气相烃类选择氧化尤其是正丁烷氧化制取顺酐最为有效的催化剂。

VPO催化剂可以采用水或有机溶剂法制得前驱体，早期的研究通常采用五价的钒氧化物如五氧化二钒(V₂O₅)在水和HCl存在的环境下进行反应所得，而近年的研究中，VPO催化剂前驱体则主要采用有机法进行制备，其制备通常采用五价的钒氧化物和磷酸在有机溶剂中回流得到前驱体。大量研究证实，活性VPO催化剂前驱体的主要物相组成为VOHPO₄·0.5H₂O。

上述的VPO催化剂前驱体通常需要再通过焙烧活化的方式得到可用于选择氧化反应的活性催化剂。在活化的过程中，VPO催化剂前驱体的主要物相结构由VOHPO₄·0.5H₂O转变为最终的活性物相。同时，因活化方法的差异，活化后的VPO催化剂往往具有不同的晶相结构组成，通过研究正丁烷氧化制顺酐反应后的催化剂，研究者认为对于此反应，VPO催化剂的有效晶相为(VO)₂P₂O₇，在此晶相中，V元素通常认为呈现为V⁴⁺状态。然而，仅包含V⁴⁺的催化剂未必是催化该反应的最佳选择，越来越多的研究认为，合适比例的V⁵⁺/V⁴⁺组成，对于该反应具有最佳的催化性能。

CN1068053A公开了一种VPO催化剂的活化方法，通过采用三阶段活化的方法活化催化剂，在空气、水蒸气和惰性气体组成的混合气氛中分阶段进行活化处理，可得到活性催化剂。

CN101155638A公开了一种VPO催化剂的制备方法，活化过程采用空气、蒸汽、惰性气体的混合气氛将催化剂加热至不超过300℃并保温处理，随后将催化剂前体加热至高于350℃但低于550℃的温度区间，在包含至少1％体积的氧的含分子氧/蒸汽气氛下得到+4至约+4.5价的钒氧化态催化剂。

以上两种活化方法，均使用含分子氧和水蒸气的混合气氛在不同温度区间处理催化剂，不同的活化条件能够影响最终催化剂的V⁵⁺/V⁴⁺组成比例，从而影响催化剂的催化性能。但是活化的催化剂产品并不能兼顾活性、稳定性和选择性。因此，寻找一种改进VPO催化剂性能的方法，提高催化剂稳定性，又能保证催化剂的活性和选择性，是进一步提升VPO催化剂性能的重要目标。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种钒磷氧催化剂及其活化方法和应用。