制备变量对柱撑蒙脱石与蜂窝状蒙脱石负载VOx催化剂在丙酮完全氧化中性能的影响研究

《Catalysis Today》：Effect of preparative variables on VOx supported onto pillared and honeycomb montmorillonite for total acetone oxidation

本文系统研究了以同源蒙脱石制备的粉末状柱撑粘土（PILC）与蜂窝状整体式载体负载VOx催化剂的性能差异，重点探讨了活性相负载量（如20 wt.% VOx/PILC在300°C实现90%丙酮转化）与浸渍工艺（如二次浸渍促生V5+物种）对催化剂结构（通过μXRF、TPR等表征）及丙酮氧化活性的影响，揭示了载体形貌与制备变量对VOx物种形成及催化性能的协同调控机制。

　　

Highlight

原始材料

本研究使用的粘土样品采集自乌拉圭塞罗拉尔戈省巴尼亚多德梅迪纳地区，位于塔夸里河（南侧）与巴尼亚多德梅迪纳溪（北侧）之间。矿床地理坐标为纬度：-32.4031，经度：-54.3514。

PILC负载的VO_x催化剂

PILC的制备方法基于先前对乌拉圭粘土的研究[12,15]。活性VOx物种通过浸渍法负载至PILC载体上。

结果与讨论

为评估形成V₂O₅相所需的热条件，对偏钒酸铵（NH₄VO₃，钒相前驱体）进行了热重分析（TGA），结果如图2所示。热重曲线从室温记录至900°C，可观察到三个失重事件：前两个发生在200°C至250°C之间，第三次质量损失出现在290°C至310°C区间。此后质量基本保持稳定，该结果与V₂O₅的形成规律一致。热分析数据为后续催化剂煅烧工艺的优化提供了关键依据。

结论

成功利用同一天然粘土（乌拉圭蒙脱石）制备出粉末状与整体式载体负载的VOx催化剂。该粘土通过简易的柱撑与挤出工艺可分别获得PILC和蜂窝状基底。活性相负载过程未破坏PILC与整体式载体的主体结构。对于PILC负载催化剂，研究确定体相催化剂及特定负载量样品（如20 wt.%）在丙酮氧化中表现出最优活性，其中V⁵⁺为主要活性物种。而整体式载体经二次浸渍循环后VOx负载量低于1 wt.%，需在350°C方能实现90%丙酮转化。中间煅烧步骤虽促进V⁵⁺物种富集，但未显著提升反应活性。研究表明，即使源于同种蒙脱石，载体形貌差异与制备变量仍会显著影响VOx相类型及催化性能。