納米V2 O5 催化劑的制備工藝實驗研究

彭富昌

(攀枝花學院 材料工程學院，四川 攀枝花 617000)

以V2O5為主活性成分的釩催化劑因活性高、價廉、穩定性好，已被廣泛用于如硫酸生產、苯酐生產、順酐生產、選擇性催化還原(SCR)氮氧化物及聚合反應等化工原料合成領域［1］。國內生產的釩催化劑工藝落后、壽命短，裝填量較高。國外主要生產國有美國、德國、日本和俄羅斯等，所生產的釩催化劑工藝先進、活性高、強度好，但價格昂貴。隨著納米科技的發展，采用納米顆粒作為活性材料的納米催化劑研究受到了廣泛關注，應用納米技術來獲得高性能的催化劑已成為催化領域的研究熱點［2-5］。催化劑制備方法和工藝直接影響催化劑的性能［6］，因此，探索催化劑的制備工藝尤為重要。

正交實驗設計因具有均勻、整齊和高效的特點而在多因素實驗中得到廣泛的應用［7］。本研究采用精制處理的硅藻土配以適當助劑，制備負載型納米V2O5催化劑，用正交實驗法研究催化劑的性能，找出了影響催化劑性能的主要因素，得出適宜的催化劑制備工藝參數。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

硅藻土精土、V2O5(片狀晶體)均為工業品;K2SO4、硫磺粉等均為分析純。

SRJX-4-13 型高溫箱式電阻爐;TBL-2 型自動催化劑擠出成型機;101-3 型恒溫干燥箱;ZQJ-Ⅱ智能顆粒強度試驗機;夾套式單管反應器活性檢測裝置，自制。

1.2 催化劑制備

參照文獻［8］制備含納米V2O5顆粒的溶膠凝膠。將硅藻土與一定量的助劑充分混合，研磨30 min，按比例加入V2O5凝膠，碾壓30 min。用催化劑擠出成型機壓制成3 ～5 cm 的條形，再經熱處理。

1.3 測試與表征

為了綜合催化劑的活性和機械強度這兩個指標，實驗采用加權平均值來評價工藝條件［9］。

用顆粒強度實驗機測試催化劑機械強度，參照化工行業標準《硫酸生產用釩催化劑實驗方法》(HG 2089—91)，用夾套式單管反應活性檢測裝置測試活性。

2 結果與討論

2.1 正交實驗結果

影響V2O5催化劑性能的主要因素是配方和制備工藝條件。配方主要包括硅藻土、催化劑助劑添加量以及活性組分V2O5的含量。制備工藝條件主要指焙燒溫度。在大量單因素實驗研究的基礎上，安排4 因素4 水平的正交實驗，并有一空列估算誤差，因子與水平見表1，硅藻土用量100 g，結果見表2。

表1 因素水平表Table 1 Factor and level table

表2 L16(45)正交實驗結果Table 2 Results of orthogonal experiment

由表2 可知，各因子影響的主次順序是D ＞C ＞A ＞B，最佳水平組合為A2B4C2D4。

2.2 方差分析［10］

方差分析結果見表3。

表3 方差分析表Table 3 Variance analysis table

若取檢驗水平α =0.05，查表得F0.05(3，3)=9.28，由表3 可知，因素A 影響高度顯著，因素C、D影響顯著，因素B 影響不明顯。

3 結論

混合法制備負載型納米V2O5催化劑的最佳工藝條件為:硅藻土∶V2O5∶K2SO4∶硫磺粉=100 ∶7∶16 ∶7(質量比)，焙燒溫度800 ℃。其中V2O5用量影響最顯著，焙燒溫度和硫磺粉用量次之，K2SO4用量影響不明顯。

［1］ 楊紹利，彭富昌，潘復生，等. 釩系催化劑的研究與應用［J］.材料導報，2008，22(4):53-55.

［2］ Karl H D. Meeting the challenge of high-grade SO2［J］.Sulphuric Acid Industry，2006(1):1-4.

［3］ 汪洋，顏志鵬，陳豐秋，等.多相催化中的納米技術［J］.化學進展，2008，30(9):1263-1269.

［4］ Paun C，Massiot P，Grange P，et al. New vanadia-mesoporous catalysts for the oxidation of SO2in diluted gases［J］.Catal Today，2004，91(2):33-36.

［5］ 李敏，崔燦.納米催化劑研究進展［J］.材料導報，2006，20(5):8-14.

［6］ Sandium E，Cozzolino M，Diserio M，et al. Vanadium based catalysts prepared by grafting:Preparation，properties and performances in the ODH of butane［J］.Appl Catal A General，2006，270(6):177-192.

［7］ 戴翠英，毛衛國，潘勇.脈沖噴射電沉積納米晶鎳鍍層的工藝優化［J］. 湘潭大學自然科學學報，2008，30(4):48-54.

［8］ 楊紹利，徐楚韶，陳厚生，等.工業V2O5直接制備納米顆粒溶膠凝膠［J］.化學工業與工程，2002，19(6):471-474.

［9］ 賈鳳梅，陳俊濤，鄭水林.用硅藻土制備硅酸鈉工藝試驗研究［J］.非金屬礦，2006，29(4):31-33.

［10］吳耀國，吉青杰，趙大為，等.洗浴廢水混凝處理的正交試驗及影響因子［J］.中北大學學報，2005，26(5):354-358.