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Über die Performance der heterogen katalysierten Partialoxidation von Acrolein zu Acrylsäure an modifizierten Mo/V/W-Mischoxidkatalysatoren

Jekewitz, Tim :
Über die Performance der heterogen katalysierten Partialoxidation von Acrolein zu Acrylsäure an modifizierten Mo/V/W-Mischoxidkatalysatoren.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2012)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Über die Performance der heterogen katalysierten Partialoxidation von Acrolein zu Acrylsäure an modifizierten Mo/V/W-Mischoxidkatalysatoren
Language: German
Abstract:

Mischoxide auf Basis von Mo, V und W werden als heterogene Katalysatoren für die Selektivoxidation von Acrolein zu Acrylsäure verwendet. Eine Eigenheit dieser Systeme ist, dass die Aktivität durch Zugabe von Wasserdampf deutlich gesteigert werden kann. Motivation dieser Arbeit war die Fragestellung, ob durch Anwendung einer hydrothermalen Präparationsmethode das bekannte Mischoxidsystem Mo8V2W1,5Ox in seiner katalytischen Performance verbessert werden kann und ob der Wassereffekt hierbei erhalten bleibt. Es wurden drei Katalysatorproben mittels hydrothermaler Präparation und Sprühtrocknung erzeugt und hinsichtlich ihrer Festkörpereigenschaften sowie katalytischen Performance untersucht. Es zeigte sich, dass die hydrothermale Präparation Katalysatoren mit bedeutend höherer spezifischer Oberfläche und Aktivität liefert. Die beobachteten Aktivitätsunterschiede resultieren hauptsächlich aus der höheren spezifischen Oberfläche sowie aus der höheren Dichte an Aktivzentren. Darüber hinaus zeigten TP-Experimente in Gegenwart von Wasser, dass die aktivitätssteigernde Wirkung ungeachtet der Präparationsmethode auftritt. Als Hauptursache wird die reversible Bildung von Oberflächen-Hydroxylgruppen angesehen, die als zusätzliche Reaktionszentren fungieren. In einer neuartigen Variante von TP-Experimenten, bei denen unter Reaktionsgas positive und negative Heizraten in direkter Abfolge durchgeführt werden, zeigten die Mischoxide eine bis dato unbekannte Hysterese in Umsatz und Ausbeute. Dieser Effekt könnte durch das Vorliegen verschiedener Reduktionsgrade im Mischoxid hervorgerufen werden. Abhängig von der experimentellen Historie des Systems kann das Mischoxid bei gleicher Temperatur in unterschiedlichen Reduktionsgraden vorliegen und zeigt infolge dessen unterschiedliche Aktivität. Ein niedriger Reduktionsgrad geht mit einer höheren Aktivität einher. Die Anwendung der hydrothermalen Präparationsmethode führt zu Katalysatoren, die im Vergleich mit den sprühgetrockneten eine ausgezeichnete Performance zeigen. Damit steht ein weiteres Modellkatalysatorsystem zur Verfügung, das neben einer exzellenten Aktivität auch eine adäquat hohe spezifische Oberfläche bietet und sich so z. B. für spektroskopische Untersuchungsmethoden anbietet.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Mo/V/W based mixed oxides are known heterogeneous catalysts for the selective oxidation of Acrolein to Acrylic acid. A peculiarity is the influence of water on the catalysts performance. An addition of water vapor increases yield and conversion. Motivation of this work was the question, whether the usage of the hydrothermal preparation method can improve the catalytical performance and whether the water effect persists. Three catalyst samples were created using two different preparation methods. The samples were analyzed with respect for their solid state properties and catalytic performance. It was found that the hydrothermal preparation generates catalysts with significant higher surface area and activity. The observed differences in activity result from the higher specific surface area as well as from a higher density of active sites. Moreover TP-experiments in presence of water showed the activity-enhancing effect of steam, regardless of the used preparation method. As main cause, the reversible formation of surface hydroxyl groups is considered. These groups may act as additional reaction centers. A novel variant of TP-experiments was conducted, in which positive and negative heating rates are performed in a direct sequence. In this experiment the mixed oxides have shown a previously unknown hysteresis in conversion and yield. This effect is possibly caused by the presence of various reduction ratios in the mixed oxide. Depending on the history of the catalyst, the mixed oxide develops different reduction ratios at the same temperature and therefore the catalyst shows different activities. A low reduction ratio is associated with a higher activity. The application of the hydrothermal method leads to catalysts which exhibit, in comparison with the spray dried catalyst, an excellent performance. Additionally, the excellent activity and high specific surface area are usefull as an example for further spectroscopic investigations.English
Place of Publication: Darmstadt
Uncontrolled Keywords: Heterogene Katalyse, Acrolein, Acrylsäure, Mo, V, W, Mischoxide, Hydrothermale Synthese, Sprühtrocknung, Temperaturprogrammierte Experimente, SSITKA, Isotopenaustausch, Hysterese, Wassereffekt
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Heterogeneous catalysis, Acrolein, Acrylic acid, Mo, V, W, mixed oxides, hydrothermal synthesis, spray drying, temperature programmed experiments, SSITKA, isotope exchange, hysteresis, water effectEnglish
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Divisions: 07 Fachbereich Chemie > Fachgebiet Technische Chemie > Technische Chemie I
Date Deposited: 26 Feb 2013 12:49
Last Modified: 26 Feb 2013 12:49
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-32991
Referees: Vogel, Prof. Dr. Herbert and Albert, Prof. Dr. Barbara
Refereed: 17 December 2012
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/3299
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