اثر بارگذاری وانادیم بر عملکرد کاتالیست وانادیم پنتا اکسید بر پایه تیتانیم فسفات در فرایند اکسایش انتخابی ارتوزایلن به انیدرید فتالیک

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

تهران،دانشگاه علم و صنعت ایران، دانشکده مهندسی شیمی

چکیده

در این پژوهش به عملکرد کاتالیست وانادیم پنتا اکسید بر پایه تیتانیم فسفات در واکنش تولید انیدرید فتالیک به وسیله اکسایش کاتالیستی انتخابی با ارتوزایلن پرداخته شد. برای بررسی اثر بارگذاری وانادیم ، 4 نمونه کاتالیست با مقدار فاز فعال 2 ، 7 ، 12 و 15% وزنی ساخته شد . برای تعیین ویژگی­ های نمونه­ ها ، آزمایش های BET ، XRD ، SEM ، NH3-TPD ، TGA و آزمون راکتوری برای ارزیابی فعالیت و گزینش پذیری انیدرید فتالیک صورت گرفت. بر اساس الگوهای XRD پیش از واکنش ، تیتانیا در فاز بلوری آناتاز دیده شد که برای واکنش اکسایش انتخابی ارتوزایلن، فاز دلخواه است. با افزایش بارگذاری وانادیم ، تعداد سایت­ های اسیدی سطح کاتالیست کاهش یافته و فعالیت کاتالیستی و گزینش پذیری انیدرید فتالیک بهبود می‌یابد. در مقدارهای بالای وانادیم به دلیل تشکیل بلورهای V2O5 روی سطح کاتالیست، تاثیر بارگذاری فاز فعال بر روی عملکرد کاتالیستی کاهش می‌یابد. نمونه 15V-TiP بیش ­ترین گزینش پذیری نسبت به انیدرید فتالیک با مقدار 37% در دمای
450 درجه سلسیوس نشان داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Wang Y., Zhang C., Yu Y., Yue R., Ordered Mesoporous and Bulk Co3O4 Supported Pd Catalysts for Catalytic Oxidation of o-Xylene, Catalysis Today 242, Part B: 294-299(2015).

[2] Sethapokin P., Kunatippapong S., Lothongkum A., Estimation of Kinetic Parameters for the Reactor Model of the Phthalic Anhydride Production by the Design of Experiments, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 24: 51-58 (2015).

[3] Cavani, F., Caldarelli, A., Luciani, S., Cortelli, C., Cruzzolin, F., Selective Oxidation of o-Xylene to Phthalic Anhydride: from Conventional Catalysts and Technologies toward Innovative Approaches, Catalysis, 24: 204-222 (2012).

[4] Guetlhuber F., Reactor Arrangement for Carrying out Catalytic Gas Phase Reactions, Especially to Obtain Phthalic Acid Anhydride, Google Patents, (2003).

[5] Marx R., Wölk H., Mestl G., Turek T., Reaction Scheme of o-Xylene Oxidation on Vanadia Catalyst, Applied Catalysis A: General, 398(1-2): 37-43 (2011).

[6] Scirè S., Liotta L., Supported Gold Catalysts for the Total Oxidation of Volatile Organic Compounds, Applied Catalysis B: Environmental, 125: 222-246 (2012).

[7] Lee D.W., Yoo B., Advanced Metal Oxide (Supported) Catalysts: Synthesis and Applications, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 20(6): 3947-3959(2014).

[8] Cha W., Chin S., Park E., Jurng J., Effect of V2O5 Loading of V2O5/TiO2 Catalysts Prepared via CVC and Impregnation Methods on NOx Removal, Applied Catalysis B: Environmental, 140–141: 708-715 (2013).

[9] Feng X., Yao Y., Su Q., Au C., Vanadium Pyrophosphate Oxides: The Role of Preparation Chemistry in Determining Renewable Acrolein Production from Glycerol Dehydration, Applied Catalysis B: Environmental, 164: 31-39 (2015).

[10] Pei C.C., Leung W., Photocatalytic Oxidation of Nitrogen Monoxide and o-Xxylene by TiO2/ZnO/Bi2O3 Nanofibers: Optimization, Kinetic Modeling and Mechanisms, Applied Catalysis B: Environmental, 174-175: 515-525(2015).

[11] Wang H.Y, Lua A., Deactivation and Kinetic Studies of Unsupported Ni and Ni–Co–Cu Alloy Catalysts Used for Hydrogen Production by Methane Decomposition, Chemical Engineering Journal, 243: 79-91 (2014).

[12] Anastasov A.I., The Behaviour of a Low-Productive Non-Pretreated V2O5–TiO2 (Anatase) Catalyst for Oxidation of o-Xylene to Phthalic Anhydride, Chemical Engineering Journal, 109(1–3): 57-66 (2005).

[13] Rao K., Venkataswamy P., Bharali P., Reddy B., Monolayer V2O5/TiO2–ZrO2 Catalysts for Selective Oxidation of Oxylene: Preparation and Characterization, Research on Chemical Intermediates, 38(3-5): 733-744 (2012).

[14] Jones D.J., Aptel G., Brandhorst M., Jacquin M., Jiménez-Jiménez J., Jiménez-López A., High Surface Area Mesoporous Titanium Phosphate: Synthesis and Surface Acidity Determination, Journal of Materials Chemistry, 10(8): 1957-1963(2000).

[15] Jiménez-Jiménez J., Merida-Robles J., Rodriguez-Castellon E., Jimenez-Lopez A., Lopez Granados M., Oxidation of o-Xylene on Mesoporous Ti-Phosphate-Supported VOx Catalysts and Promoter Effect of K+ on Selectivity, Catalysis Today, 99(1–2): 179-186(2005).

[16] Cavani F., Cortelli C., Frattini A., Panzacchi B., Ravaglia V., The Characterization of the V Species and the Identification of the Promoting Effect of Dopants in V/Ti/O Catalysts for o-Xylene Oxidation, Catalysis Today, 118(3–4): 298-306 (2006).

[17] Nobbenhuis M.G., Baiker A., Barnickel P., Wokaun A., Titania-Supported Vanadium Oxide Catalysts for the Selective Oxidation Ofo-Xylene to Phthalic Anhydride: Influence of Vanadia Content on Activity and Surface Species, Applied Catalysis A: General, 85(2): 157-172(1992).

[18] Luciani S., Ballarini N., Cavani F., Cortelli C., Cruzzolin F., Anatase-Supported Vanadium Oxide Catalysts for o-Xylene Oxidation: From Consolidated Certainties to Unexpected Effects, Catalysis Today, 142(3-4): 132-137(2009).

[19] Lange T., Heinrich S., Liebner C., Klemm E., Reaction Engineering Investigations of the Heterogeneously Catalyzed Partial Oxidation of o-Xylene in the Explosion Regime Using a Microfixed Bed Reactor, Chemical Engineering Science, 69(1): 440-448(2012).

[20] Castillo-Araiza C.O., López-Isunza F., The Role of Catalyst Activity on the Steady State and Transient Behavior of an Industrial-Scale Fixed Bed Catalytic Reactor for the Partial Oxidation of o-Xylene on V2O5/TiO2 Catalysts, Chemical Engineering Journal, 176–177(0): 26-32(2011).

[21] Gimeno M.P., Gascón J., Téllez C., Herguido J., Selective Oxidation of o-Xylene to Phthalic Anhydride Over V2O5/TiO2: Kinetic Study in a Fluidized Bed Reactor, Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 47(9–10): 1844-1852(2008).

[22] Semenyuk P.I., Muronetz V., Haertlé T., Izumrudov V., Effect of Poly(phosphate) Anions on Glyceraldehyde-3-Phosphate Dehydrogenase Structure and Thermal Aggregation: Comparison with Influence of Poly(Sulfoanions), Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects, 1830(10): 4800-4805(2013).

[23] Youn S., Jeong S., Kim D., Effect of Oxidation states of Vnadium Precursor Solution in V2O5/TiO2 Catalysts for Low temperature NH3 Selective Catalytic Reduction, Catalysis Today, 232: 185-191(2014).

[24] کوشکی، عماد؛ روشن ضمیر، سوسن؛ بهینه سازی لایه کاتالیست کاتدی در پیلهای سوختی غشای تبادل پروتون، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3)34: 21 تا 30 (1394).

[25] جورشعبانی، میلاد؛ بدیعی، علیرضا؛ لشگری، نگار؛ تهیه و شناسایی نانو متخلخل V-SBA-16 و کاربرد آن به عنوان کاتالیست در فرایند اکسایش مستقیم بنزن به فنل، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3)34: 13 تا 20 (1394).