Abstract: Пропилен является одним из важнейших видов сырья в химической промышленности, который используется для синтеза широкого класса химических соединений. Традиционно пропилен получают вместе с другими легкими олефинами путем парового крекинга или жидкого каталитического крекинга высших углеводородов. Однако постоянный рост стоимости высших углеводородов, а также низкая селективность процессов по пропилену приводят к увеличению стоимости конечного продукта. Альтернативный способ – синтез пропилена в результате одностадийного процесса, в котором пропилен является конечным продуктом, а реакция протекает с высокой селективностью. Одним из наиболее перспективных одностадийных процессов является окислительное дегидрирование пропана до пропилена, в результате данного процесса в качестве продуктов реакции получается только пропилен и вода. Одними из наиболее перспективных катализаторов являются монослойные ванадий-титановые катализаторы, которые демонстрируют высокую активность и селективность в широком классе окислительных реакций [1, 2]. В данной работе представлены результаты механистического исследования газофазной реакции окислительного дегидрирования пропана (ОДП) на ванадий-титановых катализаторах. Для исследования состояния катализатора в процессе ОДП был применен метод рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). Эксперименты РФЭС проводились на фотоэлектронном спектрометре, снабженном ячейкой высокого давления, которая позволяет нагревать катализатор непосредственно в реакционной среде при давлениях до 5 атм. Состояние катализатора изучали до и после обработки в потоках пропана, кислорода и смеси пропан-кислород. Согласно данным РФЭС, обработка полностью окисленного катализатора в потоке пропана при 1 бар и 420°С в течение 30 минут приводит к полному восстановлению катионов V5+ до V4+ и V3+. Этот процесс обратим, и полное окисление катионов ванадия до состояния V5+ происходит в кислороде даже при 350°C. Последующая обработка в потоке смеси пропан/кислород при 420°С в течение 30 мин приводит к частичному восстановления катионов ванадия V5+ до V4+. Это означает, что в присутствии кислорода в газовой фазе происходит быстрое окисление катионов V3+. Полученные данные подтверждают, что ОДП протекает по окислительно-восстановительному механизму Марс-ван Кревелена. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант № 18-33-00431.

Cite: Сараев А.А. , Селиванова А.В. , Каичев В.В.
Применение рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии в физике и химии: ванадий-титановые катализаторы окислительного дегидрирования пропана
Конференция-семинар молодых ученых «Современные физические методы для междисциплинарных исследований» 30 янв. - 4 февр. 2019