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甲酸甲酯(MF)是C1化学的重要中间体,可用于生产甲酸、甲酰胺、二甲基甲酰胺等化学品,还可作为汽油添加剂替代MTBE。目前,工业上主要采用甲醇液相羰基化法和催化脱氢法合成MF,但这两种方法存在一些缺陷,例如,甲醇液相羰基化法使用甲醇钠催化剂,对原料气体CO的纯度要求严格,而催化脱氢法受热力学平衡的限制,甲醇转化率较低。甲醇选择氧化制备MF则在热力学上非常有利,被视为一种更加环保和经济的MF合成途径。本论文在先前甲醇选择氧化合成甲缩醛的研究基础上,通过添加不同的助剂对钒钛催化剂进行表面修饰,改变其表面结构以及表面酸碱性和氧化-还原性,考察其在甲醇选择氧化制备MF的反应中的催化性能。 以下是本论文的主要内容与结果: (1)以TiO2(Degussa P25)为载体,采用浸渍法制备了V2O5/TiO2,并用硫酸进行修饰,然后再以硝酸钙、硝酸银、磷酸、SiO2等修饰经硫酸修饰过的V2O5/TiO2,得到一系列具有介孔结构的复合催化剂,用于甲醇氧化反应。结果表明,硫酸修饰可以提高V2O5/TiO2催化剂的活性,这可能与催化剂表面酸性增强有关。而在硫酸修饰过的V2O5/TiO2中分别添加Ca、Ag、P、Si等助剂后,催化剂的活性均有不同程度的降低,添加P和Ca后的活性下降更多。同时,提高Ca、P、Si组分的含量使催化剂的活性进一步下降,而提高Ag组分含量则活性变化不明显。在MF的选择性方面,Ca、Ag、P、Si等助剂的引入均使得MF的选择性降低,下降程度与助剂的种类、含量以及反应温度有关。此外,反应温度较高(473K)时,添加Ag、Si组分的催化剂上的产物中碳氧化合物(COx)的含量显著增加。 (2)采用水热法制备了高比表面积的TiO2纳米管(TNT, SBET=300 m2/g),并用作载体,按浸渍法制得钒钛催化剂VTNT。以磷酸修饰VTNT得到一系列钒钛磷复合催化剂x%P-VTNT(x=0.25~5),用于甲醇的选择氧化反应。异丙醇探针反应表明,添加的磷酸组分增强了催化剂的表面酸性,并且覆盖了表面钒氧物种的氧化-还原中心,降低了催化剂的氧化还原性能。相应地,在甲醇选择氧化反应中,磷酸修饰过的催化剂上的甲醇转化率和MF选择性均有所降低。