TÍNH CHẤT XÚC TÁC CỦA V TRONG HỆ V - Mg - O ĐỐI VỚI QUÁ TRèNH OXI DEHYDRO HểA CỦAn - BUTAN

(THE CATALYTIC BEHAVIOUR OF VANADIUM IN V - Mg - O CATALYST FOR THE OXIDATIVE DEHYDROGENATION OFn-BUTANE)

Lê Minh Cầm*,Nguyễn Ngọc Hà, Trần Thị Hiền

Phòng thí nghiệm “Húahọc bề mặt và xúc tác”, Khoa Húa, Trường ĐHSPHN

Abstract. The effects of the physical and chemical nature of the V - Mg - O catalysts on the ODH of n - butan have been preliminary examined. Based on TGA - DTA data Mars - van - Kreleven mechanism of n - butan ODH is proposed. All catalysts are characterized for the structure of vanadium sites (UV-VIS). The information about crystalline phases and morphology of the samples is obtained from XRD, FT - IR and SEM techniques. Finally, the materials are catalytically tested for the oxidative dehydrogenation of n-butane.

I. INTRODUCTION

     ODH với những ưu điểm vượt trội hơn hẳn so với quá trình dehydro húa kinh điển đã và đang thu hút được sự quan tâm của rất nhiều các nhà khoa học và sản xuất. Vấn đề có tính chiến lược nhất và “nan giải” nhất cho quá trình này là tìm ra được hệ xúc tác thích hợp cho độ chọn lọc anken cao và độ chuyển húa cao.Trong các hệ xúc tác oxi húa - khử, xúc tác dựa trên vanadi oxit được nghiên cứu khá nhiều và được chỉ ra là một hệ xúc tác rất hiệu quả cho quá trình ODH của n - butan và propan [1].Hoạt tính và độ chọn lọc của hệ xúc tác này được giải thích dựa trên bản chất của các tâm hoạt động, sự phân tán của các tâm xúc tác cũng như hàm lượng của V và phương pháp tổng hợp. Đặc tính axit - bazơ của xúc tác cũng đóng một vai trò quan trọng. Tuy nhiên vẫn còn chưa thống nhất và rõ ràng trong mối quan hệ giữa bản chất của các tâm V với hoạt tính xúc tác cũng như hiệu suất tạo sản phẩm buten của chúng [1, 2, 3].

    Trong các hệ xúc tác của V thì V - Mg - O và VOx/ MgO được các nhà nghiên cứu quan tâm nhiều nhất do thể hiện hoạt tính cũng như độ chọn lọc anken rất cao: Lemonidou và đồng tác giả (đtg) [4] khi nghiên cứu hệ xúc tác V - Mg - O cho thấy độ chọn lọc buten đạt tới 52,6% tại độ chuyển húa của n - butan 5,4% ở 540 oC. Gần đây, Cortes và đtg [5] đã đưa thêm một lượng nhỏ những kim loại khác như Fe, Co, Mo lên hệ V - Mg - O và đạt được chọn lọc của (buten + butadien) lên tới 75% tại chuyển húa 30% (550oC) đối với V/MgO-Fe(1%).

    Bài báo này trình bày những kết quả nghiên cứutìm hiểu về tính chất của các tâm V cho quá trình ODH của n-butan và cố gắng làm sáng tỏ phần nào những vấn đề sau:1) Đơn lớp che phủ của V trên bề mặt, cấu trúc và trạng thái húa trị của V tại các trung tâm hoạt động.2) Hoạt tính oxi hoá khử của các ion V.3) Các tính chất khác như tính axit – bazơ, bề mặt riêng, cấu trúc pha tinh thể, hình thái học của vật liệu… ảnh hưởng như thế nào đến hoạt tính xúc tác?Đặc biệt kỹ thuật TGA - DTA lần đầu tiên được sử dụng để chỉ ra rằng quá trình ODH của n - butan trên xúc tác V xảy ra theo cơ chế oxi hoá- khử Mars van Krevenlen [6, 7, 8] 

II. THỰC NGHIỆM

2. 1 Xúc tác

    Oxit MgO được điều chế bằng việc nung muối MgC2O4. 2H2O (công ty TNHH Húa chất BDH, Poole, Anh) ở 600oC trong 3 giờ.Bảy mẫu xúc tác được điều chế với hàm lượng V tính toán từ 1 ¸ 8% trên chất mang là MgO.Các mẫu xúc tác được kí hiệu MV1(1%V), MV2(2%V), MV4 (4%V), MV5 (5%V), MV6 (6%), MV7 (7%V), MV8 (8%V).

2. 2 Đặc trưng xúc tác

    Các mẫu xúc tác được đặc trưng bởi các phương pháp:XRD, FT-IR, EDS, UV-VIS, SEM, BET, H2 - TPR và TGA-DTA.