彭富昌

(攀枝花學(xué)院 材料工程學(xué)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(jià)廉、穩(wěn)定性好，已被廣泛用于如硫酸生產(chǎn)、苯酐生產(chǎn)、順酐生產(chǎn)、選擇性催化還原(SCR)氮氧化物及聚合反應(yīng)等化工原料合成領(lǐng)域［1］。國內(nèi)生產(chǎn)的釩催化劑工藝落后、壽命短，裝填量較高。國外主要生產(chǎn)國有美國、德國、日本和俄羅斯等，所生產(chǎn)的釩催化劑工藝先進(jìn)、活性高、強(qiáng)度好，但價(jià)格昂貴。隨著納米科技的發(fā)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(guān)注，應(yīng)用納米技術(shù)來獲得高性能的催化劑已成為催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)［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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)因具有均勻、整齊和高效的特點(diǎn)而在多因素實(shí)驗(yàn)中得到廣泛的應(yīng)用［7］。本研究采用精制處理的硅藻土配以適當(dāng)助劑，制備負(fù)載型納米V2O5催化劑，用正交實(shí)驗(yàn)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(shù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

硅藻土精土、V2O5(片狀晶體)均為工業(yè)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(dòng)催化劑擠出成型機(jī);101-3 型恒溫干燥箱;ZQJ-Ⅱ智能顆粒強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī);夾套式單管反應(yīng)器活性檢測(cè)裝置，自制。

1.2 催化劑制備

參照文獻(xiàn)［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(jī)壓制成3 ～5 cm 的條形，再經(jīng)熱處理。

1.3 測(cè)試與表征

為了綜合催化劑的活性和機(jī)械強(qiáng)度這兩個(gè)指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)采用加權(quán)平均值來評(píng)價(jià)工藝條件［9］。

用顆粒強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)試催化劑機(jī)械強(qiáng)度，參照化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《硫酸生產(chǎn)用釩催化劑實(shí)驗(yàn)方法》(HG 2089—91)，用夾套式單管反應(yīng)活性檢測(cè)裝置測(cè)試活性。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，安排4 因素4 水平的正交實(shí)驗(yàn)，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(jié)果見表2。

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

表2 L16(45)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jié)果見表3。

表3 方差分析表Table 3 Variance analysis table

若取檢驗(yàn)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(jié)論

混合法制備負(fù)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(zhì)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。

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