论文部分内容阅读
二甲氧基甲烷（DMM）是一种重要的有机合成原料和中间体，用作多聚甲醛（POMM）合成的单体原料和汽油的含氧添加剂。同时因DMM毒性很低，可作为医药和香水工业的优良溶剂。甲醇选择性氧化直接合成DMM的工艺因绿色环保而受到越来越多的关注。本文对甲醇选择性氧化合成DMM的双功能钒钼基催化剂体系进行了研究。研究内容主要包括V2O5-MoO3/Al2O3催化剂和V2O5/TiO2-Al2O3催化剂的设计以及在甲醇选择性氧化制DMM中的应用。双金属负载的V2O5-MoO3/Al2O3催化剂的催化性能要优于单独负载的V2O5/Al2O3和MoO3/Al2O3催化剂。研究发现V2O5-MoO3/Al2O3催化剂优良的催化性能得益于钒与钼的有效协同效应：钒钼物种之间形成的氧化还原循环以及诱导产生的弱酸位点和B酸位。钒-钼氧化物通过晶格氧和金属离子间的电子转移可实现氧化还原的循环，进而增强催化剂的氧化能力。特别是钒物种更容易吸附气相氧，补充消耗的晶格氧，进而促进氧化还原循环并抑制钼的聚集，使催化剂维持高活性的状态。氧化钼的添加和部分还原的钒-钼氧化物的存在，可以促使产生较多的弱酸位点和B酸中心，进而增加DMM的产率。通过调变V2O5和MoO3的量，14V2O5-14MoO3/Al2O3催化剂获得了最佳氧化还原位点与酸性位点之间的最佳匹配，其催化活性最优，393K下达到54%的甲醇转化率和92%的DMM选择性。通过不同的制备方法制得V2O5/TiO2-Al2O3催化剂，对其进行催化甲醇选择性氧化合成DMM的催化活性比较表明，得到溶胶凝胶法和球磨法制备的催化剂为催化性能最优的催化剂。这两种催化剂具有更强的氧化能力，在氧化还原过程中容易得失电子，有利于提升甲醇的转化率。并且氧化钛与氧化铝之间的相互作用，破坏了氧化铝载体的强酸中心，得到相对较多的弱酸中心，对DMM的生成有较大的促进作用。同时，发现球磨法可使催化剂的平均粒径减小，氧化钛掺入到氧化铝的晶格中，使氧化铝骨架结构逐渐被破坏，并诱导产生更多的氧空穴，提升电子传递性能，进而增强催化剂的氧化能力。