Synthesis and Investigation of Phase-pure M1 MoVTeNbOx Catalysts for Selective Oxidation of Propane to Acrylic Acid

Die Hydrothermalsynthese von MoVTeNbOx Katalysatoren ist untersucht worden. Es hat sich gezeigt, dass die Phasenzusammensetzung des kristallinen Katalysators stark von den Bedingungen des Hydrothermalprozesses (Temperature, Reaktionszeit) abhängt. Das Diffraktogramm des amorphen Syntheseprodukts (Precursor) zeigt, dass bereits hier eine langreichweitige Ordnung von strukturellen Elementen in [001] Richtung vorliegt. Die anschließende Temperung des Precursors in inerter Atmosphäre führt zur Kristallisation. Die Zielstruktur ist eine orthorhombische, bronzeartige Phase, die als M1 bezeichnet wird und die mit der hohen Aktivität und Selektivität von MoVTeNb-oxid Katalysatoren in der direkten Oxidation von Propan zu Acrylsäure in Verbindung gebracht wird. Andere Phasen, die gebildet werden, sind z. B. die orthorombische M2 Phase (isostrukturell mit KW3O9), Mo5O14, V0.95Mo0.97O5 und TeMo5O16. Wie mittels SEM/EDX gezeigt, zeichnen sich Precursor Materialien von M1 Katalysatoren durch eine homogene Verteilung der Elemente und einen, im Vergleich zu Literaturangaben, erhöhten Nb-Gehalt aus. Basierend auf der EXAFS Analyse von phasenreinem M1 liegt Nb sowohl in pentagonal bipyramidaler Koordination, als auch oktaedrisch koordiniert vor, was im Widerspruch zu publizierten Strukturmodellen steht. Außerdem wurde durch XRD und TG/MS gezeigt, dass die Anwesenheit von ammoniumhaltigen Phasen im Precursor zur Bildung von Phasengemischen während der thermischen Behandlung führt. Desweiteren ist der Einfluss der Phasenzusammensetzung auf die katalytischen Eigenschaften von hydrothermal hergestellten MoVTeNbOx Katalysatoren in der Oxidation von Propan zu Acrylsäure untersucht worden. Eine Kooperation zwischen M1 und M2 Phase wurde in diesem Beitrag nicht gefunden. Für phasenreine M1 Katalysatoren, nimmt der Propanumsatz mit der Erhöhung der spezifischen Oberfläche zu. In der vorliegenden Untersuchung wird die Rolle der (001) Netzebene der M1-Phase in der Propanoxidation untersucht. Dazu wurde ein Modellkatalysator hergestellt, bei dem vorzugsweise (001) Ebenen exponiert sind, während die Seitenflächen der Nadeln mit SiO2 passiviert wurden. Die Kenntnis der molekularen Struktur und der dynamischen Eigenschaften der M1 Oberfläche unter den Bedingungen der Propanoxidation ist der Schlüssel, um das katalytische Verhalten dieser Katalysatoren zu verstehen. Photo-elektronenspektroskopische Experimente in Anwesenheit von Propan, Sauerstoff und Wasser zeigten, dass sich die chemische Zusammensetzung der Oberfläche stark von der des Volumens unterscheidet und dass diese darüber hinaus von der Zusammensetzung der Gasphase abhängt. Außerdem ist phasenreines M1 in der Propanoxidation über 50 Stunden stabil, was von Bedeutung für eine potentielle industrielle Anwendung des Katalysators ist. Desweiteren wurde die Zusammensetzung der Multimetalloxidkatalysatoren variiert und SiO2, ZrO2, und Cr2O3 als Verdünnungsmittel zu MoVXNbOx (X=Te, P, Bi) zugegeben. Die Katalysatoren wurden in der Oxidation von Propan zu Acrylsäure getestet. Die Ergebnisse unterstreichen die außergewöhnliche Bedeutung der M1 Phase für die selektive Aktivierung von Propan. Andererseits konnte gezeigt werden, dass die kristalline M1-Phase für die Acrylsäurebildung nicht notwendigerweise erforderlich ist.

Author dc:creator

• Celaya Sanfiz, Almudena

Advisor dc:contributor.advisor

• Lerch, Martin

Licence dc:rights.uri

• http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/

Language dc:language.iso

en, English

Identifier URI

urn:nbn:de:kobv:83-opus-20242
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1998

OAI identifier oai:identifier

oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/2295