[发明专利]一种具有高比表面积的介孔TiO2负载V2O5催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域：

本发明涉及一种掺杂型介孔金属氧化物催化剂及其制备方法和该催化剂在芳烃选择氨氧化反应中的应用，尤其涉及一种具有高比表面积的介孔TiO₂负载V₂O₅催化剂的制备方法和该催化剂在3-甲基吡啶氨氧化生产3-氰基吡啶反应中的应用。

技术背景：

烟酸和烟酰胺是维生素B系列药品，广泛应用于医药、日用化学品、饲料添加剂、塑料稳定剂、电镀光亮剂及抗氧剂等领域，同时对人和动物新陈代谢也有重要作用。目前，烟酸生产工艺采用最多的是通过3-甲基吡啶氨氧化生成3-氰基吡啶，后者再水解制得，其中3-甲基吡啶氨氧化过程存在目标产物收率低的技术问题，其关键是高活性高选择性催化剂的研制。

近年来硅基介孔分子筛的合成及应用研究备受关注，这类介孔材料的诞生将分子筛的规则孔径从微孔范围拓展到了介孔领域，由于具有规则的孔道结构、孔道大小均匀且分布很窄、孔径在2～50nm范围内可以连续调节及具有很高的比表面和较好的热稳定性等，使得这类介孔材料作为催化剂及催化剂载体具有非常明显的优点。从而对于在沸石分子筛中难以完成的大分子催化、吸附与分离等过程展示了极为广阔的应用前景。但是，作为一类具有应用前景的新型材料，介孔分子筛有着明显的缺点：骨架中晶格缺陷少，表面结构和组成单一；缺乏质子酸和L酸中心；水热稳定性差等使其在催化反应中的应用受到很大限制。因此，通过浸渍或直接合成法在介孔分子筛孔道或骨架中引入其他杂原子以增加缺陷数量，提高酸碱性和氧化还原能力，从而改善其催化活性是近年来材料科学及催化领域的研究热点之一。过渡金属掺杂的介孔分子筛M41S材料在许多催化氧化反应中表现出优异的催化性能，已经引起研究者的极大兴趣。负载型钒基催化剂在甲烷(Wong G S，KragtenD D，Vohs J M.The oxidation of methanol to formaldehyde on TiO₂(110)-supportedvanadia films.Journal of Physical Chemistry B，2001，105，1366-1373)、芳环化合物(Bulushev D A，Kiwi-Minsker L，Zaikovskii V I，Renken A.Formation of activesites for selective toluene oxidation during catalyst synthesis via solid-statereaction of V₂O₅ with TiO₂.Journal of Catalysis.2000，193(1)，145-153)的部分氧化和烷烃的氨氧化(Roussel H，Mehlomakulu B，Belhadj F，van Steen E，Mi llet J MM.Active sites characterization in mixed vanadium and iron antimonate oxidecatalysts for propane ammoxidation.Journal of Catalysis.2002，205(1)，97-106)，以及NO_x的选择性催化还原(Georgiadou I，Papadopoulou C，Matralis H K，VoyiatzisG A，Lycourghiotis A，Kordulis C.Preparation，characterization，and catalyticproperties for the SCR of NO by NH₃ of V₂O₅/TiO₂ catalysts prepared by equilibriumdeposition filtration.Journal of Physical Chemistry B，1998，102(43)，8459-8468)中也有广泛的应用。近来，许多学者对诸如V-MCM-41(Chatterjee M，Iwasaki T，HayashiH，Onodera Y，Ebina T，Nagase T.Characterization of tetrahedralvanadium-containing MCM-41 molecular sieves synthesized at room temperature.Chemistry of Materials.1999，11(5)，1368-1375)，V-MCM-48(Mathieu M，Van Der VoortP，Weckhuysen B M，Rao R R，Catana G，Schoonheydt R A，Vansant E F.Vanadium-incorporated MCM-48 materials：Optimization of the synthesis procedureand an in situ spectroscopic study of the vanadium species.Journal of PhysicalChemistry B，2001，105(17)，3393-3399)，V-SBA-15(Gao F，Zhang Y H，Wan H Q，KongY，Wu X C，Dong L，Li B Q，Chen Y.The states of vanadium species in V-SBA-15synthesized under different pH values.Microporous and Mesoporous Materials.2008，110(2-3)，508-516)等钒掺杂的介孔硅基材料的制备化学也展开了相应研究，但尚未见相应的专利报导。