Vanadové katalyzátory nanesené na mesoporézních nosičích v oxidativní dehydrogenaci n-butanu

Abstract

Tato doktorská práce se zabývá charakterizací vanad obsahujících mesoporézních silikátů a studiem jejich katalytických vlastností v oxidativní dehydrogenaci n-butanu (C4-ODH) na odpovídající alkeny. Oxidativní dehydrogenace by mohla být vhodnou alternativou k dnes běžně požívané dehydrogenaci nebo fluidnímu katalytickému krakování, které mají své limity, a navíc se očekává, že stávajícími procesy nebude do budoucna možné pokrýt stále rostoucí poptávku po nenasycených uhlovodících. Tato práce se skládá ze 7 odborných publikací doplněných o úvodní text a diskusi hlavních závěrů. Hlavním cílem této práce bylo detailní studium vlivu struktury VOX částic a jejich disperze na povrchu silikátového nosiče na katalytickou aktivitu v C4-ODH reakci. Pro charakterizaci materiálů byla použita řada experimentálních technik. Mezi nejčastěji používané patřily XRD, SEM a adsorpce N2, které sloužily pro ověření struktury a morfologie připravených materiálů. Pro určení struktury a stupně disperze VOX komplexů na povrchu nosiče bylo použito H2-TPR, DR UV-vis a Ramanova spektroskopie. Neužitečnější metodou pro studium struktury VOX částic se zdá být DR UV-vis spektroskopie měřená pomocí nové metodologie, která byla vyvinuta v rámci této disertační práce a je založena na měření vzorků, které jsou ředěny čistou (bílou) silikou. Takto získaná spektra mají dobře rozlišitelné jednotlivé adsorpční pásy a jejich intenzita je přímo úměrná koncentraci, což umožňuje semi-kvantitativní analýzu. Na základě kombinace výsledků získaných z charakterizace a z katalytických testů můžeme říci, že nejvyšší aktivitu a selektivitu na žádané alkeny je možné získat na materiálech s vysokým obsahem monomerních VOX částic s tetraedrální koordinací. Druhým úkolem této práce byla optimalizace katalyzátorů pro vysoký výkon v C4-ODH, který je nutný pro případnou průmyslovou aplikaci. Za tímto účelem byl studován vliv struktury nosiče (HMS, SBA-15, SBA-16, MCM-48), vliv způsobu nanášení vanadu (přímá syntéza, impregnace z roztoku) a efekt přídavku titanu do silikátové matrice. Nejlepším katalyzátorem se zdá být materiál V_SBA-15 připravený přímou syntézou, který má vysokou produktivitu (1.92 kgprod.kgcat.-1h-1) a dostatečnou selektivitu. Svými parametry se navíc řadí mezi tři nejlepší katalyzátory pro C4-ODH, které byly uvedeny v literatuře.