[发明专利]复合金属氧化物催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种复合金属氧化物催化剂及其制备方法和应用，涉及催化剂技术领域。该复合金属氧化物催化剂为Mo‑V‑Te‑Nb‑Ce‑O催化剂，其中，催化剂中Ce元素的掺杂可为丙烷氧化制丙烯酸的反应过程提供更多的晶格氧，从而大幅度提高催化剂的催化性能，将其应用于丙烷氧化制丙烯酸的反应中，可使丙烷转化率、丙烯酸选择性、丙烯酸收率和时空收率等指标均处于较佳水平。本发明还提供了上述复合金属氧化物催化剂的制备方法，该制备方法可使Ce元素均匀分布在复合金属氧化物催化剂体相中，充分发挥其储氧能力，从而大幅度提高催化剂的性能；另外，该制备方法工艺流程简单，且具有良好的稳定性以及可重复性，适合于工业化量产。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，具体而言，涉及复合金属氧化物催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

丙烯酸(Acrylic Acid)是一种有机化合物，可以作为多种化学处理的前体和工业处理的中间体，如表面涂层、塑料添加剂、纺织品、密封剂和粘合剂，尤其是丙烯酸脂类及其系列产品，近年得到迅速发展。随着我国二胎政策的放开和老龄化的加剧，对于尿不湿、卫生巾的需求潜力巨大，作为丙烯酸的下游产品，高吸水性树脂正是制作尿不湿、卫生巾等生活用品的原材料，有报道表明，丙烯酸市场规模有望在2022年达到195亿美金，2016年到2022年的复合年均增长率达到6.6％。

目前工业上主流的丙烯酸制备工艺为丙烯两步法，丙烯先被氧化为丙烯醛，丙烯醛进一步被氧化为丙烯酸，丙烯主要来源于炼油，随着石油资源的日渐枯竭，丙烯两步法的原料来源将受到很大限制，且其价格较高。相比之下，利用价格更加低廉的丙烷制备丙烯酸，具有诱人的前景。丙烷是油田气、天然气、炼厂气的主要成分，来源丰富，其价格只有丙烯的60％左右，同时由于丙烷可一步氧化为丙烯酸，工艺路线短、能耗低，且对环境更为友好。

目前丙烷一步氧化制丙烯酸的催化剂主要有钒磷氧(V-P-O)、杂多酸(HPCs)及复合金属氧化物(MMO)三类体系。其中V-P-O已经成功应用于丁烷氧化制马来酸酐的工业生产中，但用于丙烷选择氧化制丙烯酸的效果并不理想，单程收率往往不超过13％；杂多酸体系具有结构可控的优点，但在高于400℃的操作温度下容易因结构坍塌而失活，热稳定性较差。从1990年开始，以MoV基催化剂为代表的复合金属氧化物催化剂体系得到了广泛研究。虽然复合金属氧化物催化剂在丙烷选择性氧化制丙烯酸反应中取得了一定的催化效果，但是其整体催化性能还有待进一步提升。

有鉴于此，特提出本发明以解决上述技术问题中的至少一个。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种复合金属氧化物催化剂，该复合金属氧化物催化剂为Mo-V-Te-Nb-Ce-O催化剂，具有良好的催化性能，可应用于丙烷氧化制丙烯酸的反应过程中。

本发明的第二个目的在于提供一种复合金属氧化物催化剂的制备方法，可使Ce元素均匀分布在复合金属氧化物催化剂体相中，所制得的Mo-V-Te-Nb-Ce-O催化剂具有良好的催化性能，且该制备方法工艺流程简单，具有良好的稳定性以及可重复性，适合于工业化量产。

本发明的第三个目的在于提供上述复合金属氧化物催化剂或复合金属氧化物催化剂的制备方法的应用。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明提供了一种复合金属氧化物催化剂，所述复合金属氧化物催化剂为Mo-V-Te-Nb-Ce-O催化剂；

其中，Mo、V、Te、Nb和Ce五种元素的相对摩尔比为1：(0.22-0.32)：(0.12-0.25)：(0.11-0.15)：(0.0025-0.015)。

进一步的，在本发明技术方案的基础之上，所述Mo-V-Te-Nb-Ce-O催化剂中，Mo、V、Te、Nb和Ce五种元素的相对摩尔比为1：(0.25-0.3)：(0.18-0.23)：(0.12-0.14)：(0.003-0.01)。