[发明专利]一种TiO2纳米管负载的V2O5复合催化剂

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种TiO₂纳米管负载的V₂O₅复合催化剂及其制备方法，该催化剂用于甲醇与氧气反应合成甲缩醛。

二、背景技术

TiO₂是一种优良的半导体材料，由于可以用于催化剂载体，光催化，传感器，能量存储器等领域而受到学术界和工业界的广泛重视。上世纪90年代随着一维碳纳米材料的出现，材料化学家也开始关注TiO₂一维纳米材料的合成与性质，例如TiO₂纳米管、纳米线、纳米棒及纳米带等陆续得以发现，这推动了TiO₂在更多领域中的应用。TiO₂纳米管的制备主要包括阳极氧化电化学法、模板法及碱性条件下水热合成等方法。其中，由Kasuga提出的碱性水热合成被认为是一种操作简单，价格低廉的方法(Nanotechnology，2005年16卷，1935-1940页)。目前，关于水热合成的TiO₂一维纳米材料的形成机理和结构尚无统一的认识。形成过程和晶相结构往往取决于碱液的浓度、水热釜装填量、TiO₂前体的种类及酸洗条件等因素。文献和专利中所报道的TiO₂纳米管经400℃焙烧后表面积最大为300m²/g(Chemistry of Materials，2004年第16卷，4352-4358页)，其中TiO₂纳米管由商业二氧化钛P25在碱性条件下水解得到，但其后续的盐酸洗涤过程中Cl^-的引入给水清洗带来了繁琐的工作。

负载型钒氧化物，如TiO₂负载的V₂O₅，是一类重要的催化剂，可以广泛应用于工业上的烃类选择氧化、NOx选择还原、氨氧化及烷烃氧化脱氢等反应。一般认为，提高载体(如TiO₂)的表面积，增加单层分散容量下的可还原的钒物种数量，可以提高钒基催化剂的反应性能。

甲缩醛又名二甲氧基甲烷(CH₃OCH₂OCH₃)，因其毒性非常小可用作香料生产和合成药品的溶剂以及水蒸气重整制氢的原料(Journal of Catalysis，2007年第1卷，101-110页；2006年第1卷，1-9页)，亦可用作生产聚甲醛的中间体，而聚甲醛是一种重要的工程塑料，在汽车工业方面有广泛的应用。另外由于甲缩醛在柴油添加剂领域的潜在应用，使得甲缩醛越来越受到人们的关注。目前，工业上甲缩醛大多采用甲醇和甲醛在酸性催化剂上脱水缩合制备。而其中的反应物之一甲醛是通过甲醇在银基或者铁钼系列催化剂上氧化制得。甲醇直接氧化合成甲缩醛在近年开始受到关注。如中国专利200410065321.6披露的一种硫酸根改性的钒钛氧化物催化剂，可以在温和条件下(150℃)得到48％的甲醇转化率和接近90％的甲缩醛选择性，所用催化剂表面积约为90m²/g。

三、发明内容

TiO₂纳米管与普通TiO₂相比，具有较高的表面积和量子尺寸效应，可以在单层分散容量下负载更多的钒氧化物，提高催化剂的氧化能力。

本发明的目的是提供一种以TiO₂纳米管为载体，用于甲醇选择氧化合成甲缩醛的负载型V₂O₅复合催化剂及其制备方法。

本发明技术方案如下：

一种TiO₂纳米管负载的，用于甲醇选择氧化合成甲缩醛的V₂O₅复合催化剂，它是由TiO₂纳米管负载计量的钒氧化物和硫酸钛构成。其中钒的负载量以五氧化二钒质量计为5-30％，硫酸钛的负载量以硫酸根质量计为0.6-6％。