稀土元素对Mo-Bi-Fe-O催化异丁烯选择性氧化反应性能的影响

• 作 者: 李镇东
• 机 构: 华东理工大学
• 出 处: 华东理工大学
• 发表日期: 2007年期
• 关键词: 异丁烯 选择性氧化 金属催化剂 镧系元素 甲基丙烯醛

本文系统地研究了不同种类的稀土元素在异丁烯选择性氧化制备甲基丙烯醛过程中对Mo-Bi-Fe-O催化性能的影响，考察了催化剂反应条件和制备条件对催化性能的影响。在Re-Mo-Bi-Fe-O催化剂中添加碱金属、碱土金属和载体，并结合XRD、TPR、TPD等表征手段，分析物相组成、酸碱性和氧化还原性对Re-Mo-Bi-Fe-O催化剂催化性能的影响。
主要结果如下：
(1)以异丁烯选择性氧化反应为目标反应，考察了稀土元素对Mo-Bi-Fe-O催化性能的影响。实验结果表明，掺杂稀土元素后的Mo-Bi-Fe-O催化剂可显著提高异丁烯转化率，其中，Pr改性效果显著，对异丁烯的转化率高达72.1％；La和Yb可提高生成甲基丙烯醛的选择性，分别为82.7％和81.5％。La改性的Mo-Bi-Fe-O催化剂可获取高产率的甲基丙烯醛，产率为54.5％。
(2)通过XRD表征结果可知，在Mo-Bi-Fe-O中掺杂适量的稀土元素，有利于Fe<,2>(MoO<,4>)<,3>晶相的生成，并改善Bi<,2>(MoO<,4>)<,3>的晶相结构。这两相间的协同作用加速了催化剂中晶格氧的快速迁移，促进了催化剂对异丁烯的氧化能力，提高了异丁烯的转化率。
(3)在La-Mo-Bi-Fe-O中添加碱金属和碱土金属，考察了Na、K、Mg和Ca对催化剂催化性能的影响。实验结果表明，上述四种助剂均可提高生成甲基丙烯醛的选择性，碱金属Na和碱土金属Mg可提高异丁烯的转化率。经Na、K、Mg和Ca改性的La-Mo-Bi-Fe-O催化剂对甲基丙烯醛的产率分别为57.9％、56.5％、60.3％和57.0％。
(4)利用NH<,3>-TPD技术，对掺杂碱金属的La-Mo-Bi-Fe-O催化剂进行表征后可知：酸碱性对异丁烯选择性氧化反应性能的影响与反应原料异丁烯和目标产物甲基丙烯醛在催化剂上的吸附有关。掺杂碱土金属的La-Mo-Bi-Fe-O催化剂XRD表征结果说明，助剂Mg并不改变La-Mo-Bi-Fe-O催化剂的晶相结构；而Ca<2+>与Bi<3+>离子半径相近，Ca易溶于Bi<,2>(MoO<,4>)<,3>，形成新的晶相结构。
(5)以600℃焙烧的硅藻土作为载体，添加量为20％(基于金属质量)，采用正浸渍一沉淀法制备出来的La-Mo-Bi-Fe-O催化剂具有较高的催化活性，其对异丁烯的转化率为67.1％，生成甲基丙烯醛的选择性为85.8％。