MoO₃/bismuth molybdate 혼합 2상 촉매의 구조에 따른 프로필렌 선택산화반응 특성

Effect of the Structure of MoO₃/bismuth molybdate Binary Phase Catalysts on the Selective Oxidation of Propylene

프로필렌을 선택산화시켜 아크로레인을 제조하는 반응을 Bi-molybdate 촉매상에서 고정층 반응기를 사용하여 연구하였다. ${\alpha}-Bi_2Mo_3O_{12}$위에 $MoO_3$를 담지시킨 M/BM-series 촉매는 함침법으로 제조되었고, 역으로 BM/M-series 촉매는 $MoO_3$위에 ${\alpha}-Bi_2Mo_3O_{12}$을 침전시켜 제조하였다. 또한 촉매의 특성분석을 위하여 질소흡착과 XRD, SEM을 이용하였다. M/BM-series 촉매에서는 $MoO_3$가 작은 입자로 분산되고 ${\alpha}-Bi_2Mo_3O_{12}$의 결정구조는 $MoO_3$상이 추가되어도 그 형상이 변하지 않는 채로 유지되었으나, BM/M-series 촉매의 표면형상 및 전체 구조는 촉매제조 중에 생기는 침전물인 $Bi(OH)_3$가 소성 도중 $MoO_3$와 반응하여 ${\alpha}-Bi_2Mo_3O_{12}$을 형성하는 관계로 그 조성에 따라 매우 불규칙적으로 변화하였다. 반응실험 결과, 두 종류의 촉매 모두에서 excess $MoO_3$가 포함되었을 때 활성이 크게 증가하였는데, 이는 선별산화반응이 주로 ${\alpha}-Bi_2Mo_3O_{12}$에서 일어나고 $MoO_3$는 ${\alpha}-Bi_2Mo_3O_{12}$에 산소 공급을 원활히 하여 활성을 증가시키기 때문으로 판명되었다. 또한 이러한 활성 증가는 ${\alpha}-Bi_2Mo_3O_{12}$와 기계적 혼합물 (mechanical mixture)에서도 관찰되었다.

M/BM -series catalysts, $MoO_3$ supported on ${\alpha}-Bi_2Mo_3O_{12}$ were also prepared by impregnation method. BM/M-series catalysts, ${\alpha}-Bi_2Mo_3O_{12}$ supported on $MoO_3$ were also prepared by coprecipitation. Structure and catalytic properties of the two phase catalysts were studied by means of using nitrogen adsorption, X-ray diffraction, and scanning electron microscopy. The reaction test for the selective oxidation of propylene to acrolein over Bi-molybdate catalysts was studied using a fixed-bed reactor system. In M/BM-series catalysts, $MoO_3$ was dispersed on ${\alpha}-Bi_2Mo_3O_{12}$, and the crystal structure of ${\alpha}-Bi_2Mo_3O_{12}$ remains unchanged by the presence of excess $MoO_3$. However the surface morphology and bulk structure of BM/M-series catalysts were altered probably because the precipitated $Bi(OH)_3$ reacted with $MoO_3$ during the calcination to form ${\alpha}-Bi_2Mo_3O_{12}$ phase. The results of propylene oxidation on both series catalysts showed that the reaction took place over the surface of ${\alpha}-Bi_2Mo_3O_{12}$ particle and the role of excess $MoO_3$ was to supply oxygen to ${\alpha}-Bi_2Mo_3O_{12}$. These increasing effects on activity were also observed in the mechanical mixtures of ${\alpha}-Bi_2Mo_3O_{12}$ and $MoO_3$.