3 Katalytische Performance der Mo/V(/W)-Mischoxide - tuprints

6 Zusammenfassung und Ausblick
Für die industrielle, zweistufige Acrylsäuresynthese aus Propen über Acrolein werden in
der zweiten Stufe Mo/V-Mischoxidkatalysatoren eingesetzt, die mit einer Reihe von
Promotoren und Stabilisatoren dotiert sind.[Wei1998, Ull1992] Hierbei handelt es sich
um komplexe Multiphasen-Systeme. Fragen nach den katalytisch aktiven Zentren, der
Dynamik der Sauerstoffionen im Bulk, dem Mechanismus der Sauerstoffinsertion und der
Kinetik sind größtenteils noch unbeantwortet.
Das Ziel dieser Arbeit war es, zu einem mikroskopischen Verständnis der Funktion und
Dynamik von W-dotierten Mo/V-Mischoxiden bei der Partialoxidation von Acrolein
unter technisch relevanten Bedingungen zu gelangen. Dazu wurde eine Reihe von
Modellkatalysatoren mit variiertem Wolframanteil (Mo8V2WcOx mit 0 ≤ c ≤ 5)
systematisch mit transienten Methoden untersucht. Hierbei standen die In-situ-
Charakterisierung der wolframhaltigen Proben und die Modellbildung sowie die
mikrokinetische Modellierung im Vordergrund. Zur Untersuchung der Oxidation von
Acrolein zu Acrylsäure wurden Temperaturprogrammierte (TP) Reaktionen und
Isotopenaustauschexperimente in einer Mikroreaktorapparatur mit zeitaufgelöster
massenspektrometrischer Online-Analyse durchgeführt.
Grundlegende Untersuchungen
Aus den TP-Experimenten wurden für die Mischoxide mit variiertem Wolframgehalt der
Umsatz an Acrolein sowie die Selektivität zu und die Ausbeute an Acrylsäure berechnet.
Anhand dieser reaktionstechnischen Kenngrößen konnte in zyklischen TP-Reaktionen der
strukturstabilisierende Einfluss von Wolfram bestätigt werden. Mit steigendem
Wolframanteil wurden eine Verschiebung des Ausbeutemaximums zu höheren
Temperaturen und eine gute Langzeitstabilität gefunden. Darüber hinaus beeinflusst die
Dotierung mit Wolfram die Aktivität und Selektivität der Mo/V-Mischoxide. Als besonders
selektiv stellten sich die Katalysatoren der Zusammensetzung Mo8V2W0,5Ox bis
Mo8V2W3Ox heraus. Das Aktivitätsmaximum liegt bei Mo8V2W1Ox (Abb. 6-1). Der
positive Einfluss einer W-Dotierung auf die Aktivität liegt in der Stabilisierung der
aktiven Oxidmatrix gegenüber Restrukturierungsprozessen.[Gie2006] Andererseits führt