Effect of calcium and potassium on V2O5/ZrO2 catalyst for oxidative dehydrogenation of propane: a comparative study

Abstract

The effect of calcium and potassium on the physiochemical properties and performance of V 2 O 5 /ZrO 2 catalyst for oxidative dehydrogenation of propane was studied in the temperature range of 385-400°C. The vanadia loading was kept constant at 5 VO x / nm 2 and the atomic ratio A/V (A=Ca, K) was varied from 0.05 to 0.75. The vanadia surface structure was investigated using X-ray diffraction analysis (XRD), electron paramagnetic resonance (EPR), Raman spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The redox property of the catalysts was studied by temperature programmed reduction (TPR) and temperature programmed oxidation (TPO) whereas surface acidity was measured by temperature programmed desorption (TPD) of ammonia. Calcium and potassium both interact with the surface V=O and stabilize the +5 oxidation state of vanadium. Interaction between calcium and vanadium was more intense though surface concentration of calcium was lower than that of potassium. For doped catalysts, the activity was lower due to an increase in reduction temperature as well as a lower extent of reduction and increased resistance to undergo redox cycles. On the other hand, removal of surface acidic sites by the dopants increased the propene selectivity. Potassium was more effective in decreasing the activity and increasing the propene selectivity.

Microwave-Assisted Synthesis of Mixed Metal-Oxide Nanoparticles

“…The appearance of the vanadia peaks in the samples calcined at 800 ∘ C is clearly seen. The presence of these peaks with lower intensity in the sample calcined at 800 ∘ C confirms that the vanadium ions have occupied the zirconium ions at their lattice positions and high dispersion of vanadia ions on zirconium oxide surface [29]. On calcination at higher temperatures the full width at half maximum of the diffraction peaks decreases.…”

[V,AI]-MCM-22 - um catalisador redox bifuncional

“…Os catalisadores mais estudados para a ODH de propano, principalmente durante os últimos anos, são os molibdatos metálicos [91,92], os óxidos mistos [93,94] e os de vanádia suportada em óxidos como SiO 2 [95], Al 2 O 3 [96], TiO 2 [97,98] e ZrO 2 [99]. Os catalisadores baseados em vanádio são os mais ativos na reação de ODH de propano, e novos tipos de suporte, como peneiras moleculares mesoporosas, por exemplo, têm sido estudados [100,101].…”

“…Porém, além de apresentarem baixas áreas superficiais, em temperaturas acima de 600 o C os catalisadores mostraram perda ainda maior de área superficial, o que faz com que ocorra a perda de rendimento da reação [91]. [96], enquanto que o catalisador preparado com ZrO 2 é o menos seletivo [99]. Existe ainda a possibilidade do uso de aditivos, como íons alcalinos e alcalino-terrosos [95,99], fósforo [97] ou metais como níquel, cromo ou molibdênio [103].…”

“…[96], enquanto que o catalisador preparado com ZrO 2 é o menos seletivo [99]. Existe ainda a possibilidade do uso de aditivos, como íons alcalinos e alcalino-terrosos [95,99], fósforo [97] ou metais como níquel, cromo ou molibdênio [103].…”

“…No caso da aditivação com íons alcalinos, em especial o K + , ocorre a transferência de elétrons em direção ao vanádio e ao oxigênio reticular. Não ocorre uma ligação efetiva O-K, mas o íon permanece adsorvido ao cluster [95,99]. Em geral a presença de íons K + ocasiona a diminuição da atividade do catalisador, pois estabiliza íons V 5+ , ocasionando o aumento da temperatura necessária para a redução dos mesmos.…”