JP7229927B2 - モリブデンを含む混合酸化物材料の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、混合酸化物材料を製造する方法に関する。
プロパンのアクリル酸への酸化またはエタンのエテンへの酸化的脱水素化のためのMoVNbTe混合酸化物は従来技術である。MoVNbTe混合酸化物に基づく触媒は、200を超える特許と多数の科学出版物の主題となっている。周期表の他の金属とこれらの混合酸化物の促進は既知である。そのようなシステムでこれまでに記述された最高のアクリル酸の収率は約60%であり、エテンの収率は最高で約80%であった。
触媒用の4元素MoVNbTe基本システムは、プロパンからアクリロニトリルへのアンモ酸化(1989、EP318295A1)およびアクリル酸への酸化(1994、EP608838、A2)が、三菱により最初に提案された。JPH07-053414(三菱)も、また、このタイプの触媒によるエタンのエチレンへの酸化的脱水素化について記載している。
MoVNbTe混合酸化物は、主に「M1」と「M2」と呼ばれる2つの斜方晶相で構成される(T. Ushikubo, K. Oshima, A. Kayou, M. Hatano, Studies in Surface Science and Catalysis 112, (1997), 473)。選択的酸化反応における主要な役割は、M1相によって果たされることが明白である。
Gemas P. De Santo et al., Z. Kristallogr. 219 (2004) 152によると、選択的酸化のためのMoVNbTe混合酸化物中の主相M1およびM2は、例として、以下の分子式によって説明することができる:
M1:Mo0.15Te0.12Nb0.1283.7またはMo7.81.2Te0.937Nb28.9
M2:Mo1V0.32Te0.42Nb0.084.6またはMo4.311.36Te1.81Nb0.3319.81
2つの主相は、わずかに異なる化学量論でも発生する。バナジウムとモリブデンは両方とも酸素原子の八面体の中心にあるため、構造内で部分的に置換可能であり、つまり、たとえばM1相もより高いバナジウム含有量で同じ構造が可能となる。これらの関係の詳細な研究は、P. Botella et al., Solid State Science 7 (2005) 507-519に記載されている。特に、M2相はエタンの酸化的脱水素において不活性である(J.S. Valente et al., ACS Catal. 4(2014), 1292-1301, S. 1293を参照)。したがって、エタンの酸化的脱水素には、可能な限り最も純粋なM1相からなる触媒が望ましい。したがって、これらの結晶相をきれいに離散的に準備することが課題となる。
EP529853A2は、アルカンからのニトリルの製造に適した触媒を開示しており、ここで、触媒は実験式MoVbTecXxOnを有し、式中、XはNb、Ta、W、Ti、Al、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ni、Pd、Pt、Sb、Bi、B、Ceのうちの少なくとも1つであり、bは0.01~1.0、cは0.01~1.0、xは0.01~1.0、nは金属元素の全体的な原子価を満たす数値、次の2θの角度でX線回折パターンにX線回折ピークを示す触媒を使用している:2θの回折角:22.1°±0.3°、28.2°±0.3°、36.2°±0.3°、45.2°±0.3°、50.0°±0.3°。
JPH07-232071は、原料および特定の触媒としてアルカンを使用して、比較的低温で高収率でニトリルを調製する触媒方法を開示している。触媒の主成分は、モリブデン、バナジウム、テルル、酸素、およびX(Xはニオブ、タンタルなどのグループから選択される1つ以上の元素)の混合金属酸化物であり、主成分の比率は、ここで酸素を含まない、式IからIVで表される:I)0.25<rMo<0.98、II)0.003<rV<0.50、III)0.003<rTe<0.50、IV)0≦rX<0.5(rMo、rV、rTe、およびrXはそれぞれ、モリブデン、バナジウム、テルル、およびXのモル部であり)、XRDは、この2θの角度でのこの混合酸化物のXRDバンドを示す、9.0°±0.3°、22.1°±0.3°、27.3°±0.3°、29.2°±0.3°、および35.4°±0.3°。この方法においては、反応系にハロゲン化物質が存在することなく、例えばアルカンと水などの反応により、ニトリルを低温において高収率で製造できる。
純粋なM1相を製造する他の成功した試みは、相混合物からM2相を溶解することに基づいている。これらの試みは、例えばEP1301457A2、EP1558569A1またはWO2009/10647 A2に記載されている。
A.C. Sanfiz et al., Top. Catal. 50 (2008) 19-32には、MoVNbTe酸化物の水熱合成について記載されている。これらの合成は、可溶性化合物からのみ実行される。通常使用される可溶性テルル化合物は、テルル酸Te(OH)である。最も一般的な酸化物テルル化合物TeOにおいては、テルルの酸化状態+4である。残念なことに、二酸化テルル(TeO)は水に難溶性である。しかし、テルル酸では、テルルは酸化状態+6である。したがって、テルル酸を製造するには、テルルをより高い酸化状態に酸化する必要がある。通常の合成は、過酸化水素による酸化テルルの酸化によって達成され、これは、過酸化水素が水と酸素への自然分解により不均化を受ける可能性があるため、大規模になると安全性が問題となり、酸化テルルを大量に製造するのが困難であることを意味する。
Watanabe(Applied Catal。A General、194-195(2000)479-485)は、特に難溶性の前駆体MoO、V、TeOからの水熱合成について記載している。水熱合成により、アンモ酸化触媒の前駆体が得られ、この前駆体は、焼成後、既知の乾式法で調製された触媒の2倍の活性を有する。固相反応によって生成された混合酸化物は、かなり低い活性を示す。水熱合成により製造された触媒のより高い活性は、主により高い表面積に関連していることが示唆されている。
テルル酸を使用しないMoVNbTe混合酸化物の合成には、大幅なコスト削減の可能性がある。
MoVNbTe混合酸化物の合成に使用されるNb成分は、通常シュウ酸ニオブアンモニウムである。一方、酸化ニオブは難溶性であるため、出発化合物としての適性は限定される。
望ましいのは、MoVNbTe混合酸化物のきれいなM1相を提供し、安価な出発化合物、すなわち、三酸化モリブデン、五酸化バナジウム、五酸化ニオブ、二酸化テルルなどの単純な金属酸化物で機能する合成方法である。
EP318295A1 P608838、A2 JPH07-053414 EP529853A2 JPH07-232071 EP1301457A2 EP1558569A1 WO2009/10647A2
T. Ushikubo, K. Oshima, A. Kayou, M. Hatano, Studies in Surface Science and Catalysis 112, (1997), 473 Gemas P. De Santo et al., Z. Kristallogr. 219 (2004) 152 P. Botella et al., Solid State Science 7 (2005) 507-519 J.S. Valente et al., ACS Catal. 4(2014), 1292-1301, S. 1293 A.C. Sanfiz et al., Top. Catal. 50 (2008) 19-32 Watanabe(Applied Catal.A General、194-195(2000)479-485)
したがって、本発明は、二酸化テルルを使用し、可能であれば安価な金属酸化物を出発原料として使用する水熱合成において、MoVNbTe混合酸化物のM1相を選択的に製造できる、簡便で、スケールアップが可能であり、安価で再現可能な方法を見出すことを課題とする。
この課題は、以下の工程を含む、モリブデン、バナジウム、ニオブ、テルルの元素を含む混合酸化物材料(「MoVNbTe混合酸化物」)の製造方法によって達成される:
a)テルル+4の酸化状態にある、モリブデン、バナジウム、ニオブ、およびテルル含有出発化合物を含む出発化合物の混合物の製造する工程、
b)出発化合物の混合物を100℃~300℃の温度で水熱処理して生成物懸濁液を得る工程、
c)ステップb)から得られた生成物懸濁液からの固体の分離と乾燥する工程、
d)不活性ガス中の固体の活性化し混合酸化物材料を得る工程、
ここで、テルル含有出発化合物の粒子径D90が100μmより小さいことを特徴とする。
本発明による方法によれば、MoVNbTe混合酸化物であり、触媒材料としての使用に適した混合酸化物材料をもたらす。
例えば、より大きな粒子で二酸化テルルを使用すると、他の成分が可溶性金属化合物であっても、合成が不完全にしか進行しないことを見出した。生成物はろ過できず、多くの未反応ナノ粒子を含有する。これらは、おそらくモリブデン-バナジウムオキソメタレートであり、非常に大きなアニオンとの塩としてはもはや溶解せず、ろ過できない微細なナノ粒子として存在する。
しかしながら、たとえば、D90<100μmの粒径の二酸化テルルを合成に使用すると、目 的の相の形成がほぼ完全に進行する。
本発明によれば、使用されるテルル含有出発化合物は、D90<100μm、好ましくはD90<75μm、より好ましくはD90<50μmの粒径を有する。必要に応じて、使用する二酸化テルルの粒径D50<50μmまたは<35μmを有すればよい。
さらに、ニオブ含有出発化合物は、好ましくは酸化ニオブであり、同様に、D90<100μm、好ましくはD90<75μm、より好ましくはD90<50μmの粒径を有し得る。任意に、使用されるニオブ含有出発化合物は、好ましくは酸化ニオブであり、粒径D50<50μmまたは<35μmであってもよい。
さらに、使用されるすべての出発化合物はD90<100μm、好ましくはD90<75μm、より好ましくはD90<50μmの粒径を有するとよい。必要に応じて、出発化合物の粒径は、D50<50μmまたは<35μmを有すればよい。
使用される出発化合物、例えば二酸化テルルなどの金属酸化物は粉末であり、粒径分布を示す。粒径D90は、すべての粒子の90%が検出される粒径分布の粒子直径しきい値として定義される。頂点の粒径、すなわち、粒径分布内のすべての粒子の半分がそれ以下で見つかる粒径は、同様に粒径D50と示す。出発化合物として使用される二酸化テルルの粒径D50は35μm未満であることがより好ましいと考えらる。
出発化合物の所望の粒径D90またはD50は、より粗い粒径分布を有する粉末で開始し、粒子を機械的に粉砕することにより得ることができる。これは、例えばハンマーミル、遊星ミル、モルタルなど、当業者によく知られているすべての適切な手段を使用できるミリングによって行うことができる。
出発化合物は、水熱合成用のモリブデン、バナジウム、ニオブ、テルルを含む反応物(前駆体化合物)である。これらには、モリブデン、バナジウム、ニオブ、またはテルルの元素がそれぞれ1つ以上含まれている。
モリブデン含有出発化合物は、例えば、ヘプタモリブデン酸アンモニウムまたは三酸化モリブデンであってよく、バナジウム含有出発化合物は、例えば、メタバナジン酸アンモニウム、硫酸バナジルまたは五酸化バナジウムであり得、ニオブ含有出発化合物は、例えば、シュウ酸ニオブアンモニウム、シュウ酸ニオブまたは酸化ニオブであってよい。本発明によるテルル含有出発化合物は、テルルが酸化状態+4で、すなわちテルル(IV)カチオンとして、例えば二酸化テルルまたは式M n+TeOの化合物(n=1または2およびx=2/n)であり、ここでMはアルカリ金属またはアルカリ土類金属であり、たとえばNaTeOである。より好ましくは、テルル含有出発化合物は二酸化テルルであり、任意の程度の水和で存在し得る。
M1相の可能な化学量論は文献から十分に知られており、式MoTeで与えられる。ここで、a=0.2~0.3、b=0.1~0.25、c=0.1~0.2、xは、金属(Mo、V、Te、およびNb)の酸化状態に従い、電荷を相殺するために必要な値となる。
出発化合物の混合物は、好ましくは水性懸濁液であり、水熱的に処理される。「水熱」という用語は、水の存在下、高温および/または高圧で、例えばオートクレーブ内で触媒材料を製造するための反応条件を指す。このための圧力は、5~30バール(bar)、好ましくは10~27バールの範囲であり得る。一例として、圧力範囲は11~15バールまたは約17バールおよび22~25バールである。
水熱処理(工程b))は、生成物を固体として含む製品懸濁液を生成する。本発明による方法において、工程c)における生成物懸濁液中の固体の分離は、1つ以上の濾過工程で、例えば母液からの濾過により実施することができる。乾燥は、気流または静止空気中で、単一工程または2工程で実行できる。この工程においては、第1の乾燥工程は好ましくは60~150℃(より好ましくは80~120℃)で行われ、第2の乾燥工程は200~350℃(より好ましくは220℃~280℃)で行われる。さらに、本発明による方法の工程c)は、以下の工程のうちの1つ以上を含むことができる:洗浄、乾燥、焼成、および/または粉砕。焼成は、空気中で200~500℃、好ましくは250℃~350℃で実施することができる。
工程c)で濾液を乾燥した後、乾燥した混合物を、例えば、不活性ガス流または静的不活性ガス雰囲気中で、約500~700℃で少なくとも1時間活性化する(工程d)。不活性ガスとしては、窒素、ヘリウムまたはアルゴンが特に適している。活性化は、550℃~650℃の範囲で行うことが好ましい。例えば、活性化は約600℃で約2時間実施される。
得られたMoVNbTe混合酸化物は、炭化水素の酸化および/または酸化的脱水素化、特にプロパンのアクリル酸への選択的酸化またはエタンのエチレンへの酸化的脱水素化の触媒材料として使用できる。通常、BET表面積は5~25m/gである。
本発明による方法によって製造された得られた触媒材料は、様々な方法で市販の触媒中に使用することができる。例えば、錠剤化して触媒タブレットに加工し、その後、反応器に移すことができる。
触媒材料は、適切なバインダーとともに押出物(タブレット、成形体、ハニカムなど)に加工することもできる。使用されるバインダーは、当業者によく知られている任意の適切な外観のバインダーであり得る。好ましいバインダーには、とりわけ、擬ベーマイトおよびケイ酸塩バインダー、例えば、コロイドシリカまたはシリカゾルなどが含まれる。
触媒材料は、他の成分、好ましくはバインダー、より好ましくは有機バインダー、例えば有機接着剤、ポリマー、樹脂またはワックスと一緒に、金属またはセラミック支持体に塗布できるウォッシュコートに加工することもできる。必要に応じて、追加の含浸ステップまたは焼成ステップを実施できる。
得られたMoVNbTe混合酸化物は、次の分析によって特徴付けられる:
本発明による方法によって形成された本発明によるMoVNbTe混合酸化物のX線回折図は、回折反射h、i、k、およびlを示し、これらはほぼ回折角(2θ)26.2°±0.5°(h)、27.0°±0.5°(i)、7.8°±0.5°(k)、および28.0°±0.5°(l)で頂点を有し、ここで、回折反射h、i、k、およびlの強度P、P、P、P、は、以下に示す関係を満たすことができ、R(x=1~3)は、その関係によって定義される強度比である。
=P/(P+P)>0.3、好ましくは>0.35、より好ましくは>0.4、および/または
=P/(P+P)>0.5、好ましくは>0.6、より好ましくは>0.63、および/または
=P/(P+P)<0.8、好ましくは<0.75、より好ましくは<0.7。
得られたMoVNbTe混合酸化物の実施形態のX線回折図において、回折反射iは2番目に高い強度を有し、および/または回折反射hは3番目に高い強度を有し得る。
得られたMoVNbTe混合酸化物は、実施例において触媒材料として使用され、したがって、実験の詳細において、いくつかの場合において触媒として記載されている。
例1で使用したTeOの粒径分布、粒径値D10=7.625μm、D50=15.140μm、D90=27.409μmを示す。 例1のMoVNbTe混合酸化物のXRDを示す。 比較例1で使用したTeOの粒径分布粒径値D10=16.45μm、D =43.46μm、D90=236.48μmを示す。 比較例1のMoVNbTe混合酸化物のXRDを示す。 例2で使用したTeOの粒径分布を示す。 例2の混合酸化物材料のXRDを示す。 例3で使用したNbの粉砕前後の粒径分布の比較を示す。 例3のMoVNbTe混合酸化物のXRDを示す。 比較例3のMoVNbTe混合酸化物のXRDを示す。
特性評価の方法:
次の方法を使用して、得られたMoVNbTe混合酸化物のパラメーターを測定した。
1.BET表面積
測定は、DIN66131に記載されているBETメソッドに従って実行された。BETの方法は、J. Am. Chem. Soc. 60,309 (1938)に公開されている。測定するサンプルは、U字型石英反応器でアルゴン雰囲気下で200℃で乾燥した(F=50ml(分)、1.5時間)。次いで、反応器を室温まで冷却し、排気し、液体窒素のデュワー瓶に浸した。窒素吸着は、RXM100吸着システム(AdvancedScientificDesign、Inc.)を使用して77Kで実行した。
それぞれのMoVNbTe混合酸化物サンプルのBET表面積は、200℃で真空乾燥した材料で測定した。本明細書におけるMoVNbTe混合酸化物のBET表面積データは、同様に、それぞれの場合に使用される触媒材料のBET表面積(200℃の真空下で乾燥)を指す。
2.X線粉末回折法(XRD)
X線回折図は、X線粉末回折法(XRD)により得られ、シェラーの式に従って分析された。XRDスペクトルは、600℃の窒素中で活性化された触媒材料で測定された。Philips PW3710ベースのPW1050 Bragg-Brentanoパラフォーカシングゴニオメーターで、40kVおよび35mAで、Cu-K-放射(波長=0.15418nm)、グラファイトモノクロメーター、および比例カウンターを使用して測定値を取得した。XRDスキャンは、0.04°(2シータ、2θ)の増分でデジタル記録された。SiCは、相定量化の内部標準として追加された。このために約5%のSiCが追加され、量は正確に計量された。この量は、フェーズ分析に記載されてる。位相分析は、Topasソフトウェアを使用したリートベルト法によって実行された。このフェーズ分析の結果は、XRDの図に示した。目的のM1相の正確な量は、サンプル全体のM1相の割合(前述)をSiCを含まないサンプルに関連付けることによって計算された。
3.粒径
粒径分布は、レーザー散乱法によって測定された。これは、Malvern Mastersizer 2000を使用して行った。分析は、フラウンホーファー法(Fraunhofer)によって行った。
ここで、本発明を、以下の例として与えられる実施形態に基づいてより詳細に説明するが、これは限定的なものとして理解されるべきではない。
例としての実施形態:
例1
オートクレーブ(40L)に3.3Lの蒸留HOを投入し、攪拌しながら80℃に加熱した。同時に、725.58gのヘプタモリブデン酸アンモニウム四水和物(HC Starck製)を加えて溶解した(AHM溶液)。それぞれ1.65Lの蒸留HOで満たされた2つの5Lビーカーを、温度制御された磁気スターラーで攪拌しながら80℃まで同様に加熱した。次に、これらのビーカーに、405.10gの硫酸バナジル水和物(GfE製、V含有量21.2%)および185.59gのシュウ酸ニオブアンモニウム(HC Starck、Nb含有量:20.6%)(V溶液およびNb溶液)をそれぞれ加えて溶解した。
連続した工程で、V溶液をAHM溶液にポンプで注入し、65.59gの固体TeO粉末(5N+粒径分布のTeO、図1を参照)と1.65Lの蒸留HOを加え、80℃で1時間撹拌を続け、最後に蠕動ポンプを使用して、Nb溶液をAHM溶液に注入した。ポンピング時間:V溶液:190rpmで4.5分(チューブ直径:8x5mm)、Nb溶液:130rpmで6分(チューブ直径:8x5mm)。
得られた懸濁液を80℃でさらに10分間撹拌した。沈殿中の攪拌速度は90rpmであった。
次いで、懸濁液を、オートクレーブ内の窒素で約6バールの圧力まで加圧し、オートクレーブがN圧力下でフラッシュされるまでブリードバルブを開くことにより、窒素で覆った(5分)。最後に、ベントバルブから圧力を1barの残留圧力まで解放した。
40Lオートクレーブでの水熱合成は、90rpmの攪拌速度でアンカー攪拌機を使用して175℃で20時間(加熱時間:3時間)行った。
合成後、ブルーリボンフィルターを使用した真空ポンプを用いて固体を濾別し、フィルターケーキを5Lの蒸留HOで洗浄した。
固体を80℃の乾燥オーブンで3日間乾燥させた後、ハンマーミルで粉砕し、0.8kgの固体を得た。
焼成(か焼)は、気流中で280℃で4時間実施した(加熱速度5℃/分、空気:1L/分)。
活性化は、Nストリーム(加熱速度5℃/分、N2:0.5L/分)で600℃のレトルトで2時間行った。
使用したTeOの粒径分布は以下のとおりである:
10=7.625μm、D50=15.14μm、D90=27.409μm
生成物の分析的特性評価:
BET=15m/g
XRD:
例1の混合酸化物材料のXRDを図2に示し、次の相分布を示す。
M1=90.50%
M2=2.82%
(Mo0.91.1)O=1.15%
SiC(標準)=5.53%
比較例1:
オートクレーブ(40L)に6.6Lの蒸留HOを投入し、攪拌しながら80℃に加熱した。同時に、1451.16gのヘプタモリブデン酸アンモニウム四水和物(HC Starck)を加えて溶解した(AHM溶液)。それぞれ3.3Lの蒸留HOで満たされた2つの5Lビーカーを、温度制御された磁気スターラーで攪拌しながら80℃に加熱した。その後、これらのビーカーにそれぞれ810.21gの硫酸バナジル水和物(GfE、V含有量21.2%)と370.59gのシュウ酸ニオブアンモニウム(HC Starck、Nb含有量:20.6%)(V溶液およびNb溶液)をそれぞれ溶解した。
連続した工程で、V溶液をAHM溶液にポンプで送り込み、131.18g固体TeO粉末(AlfaAesar、粒径分布図3)と3.3Lの蒸留HOを加え、80℃で1時間撹拌を続け、最後に蠕動ポンプを使用して、Nb溶液をAHM溶液に注入した。ポンピング時間:V溶液:290rpmで5分(チューブ直径:8x5mm)、Nb溶液:275rpmで5分(チューブ直径:8x5mm)。
得られた懸濁液を80℃でさらに10分間撹拌し、ここで、沈殿中の撹拌速度は90rpmであった。
次いで、懸濁液を、オートクレーブ内の窒素で約6バールの圧力まで加圧し、オートクレーブがN圧力下でフラッシュされるまでブリードバルブを開くことにより、窒素で覆った(5分)。最後に、ベントバルブから圧力を1barの残留圧力まで解放した。
40Lオートクレーブでの水熱合成は、90rpmの攪拌速度でアンカー攪拌機を使用して175℃で20時間(加熱時間:3時間)行った。
合成後、ブルーリボンフィルターを使用した真空ポンプを用いて固体を濾別し、フィルターケーキを5Lの蒸留水で洗浄した。ろ過は数日間続いた。
固体を乾燥オーブンにおいて80℃で3日間乾燥させ、ハンマーミルで粉砕し、0.5kgの固体を得た。
比較例1の収率は、本発明による実施例の約半分に過ぎない。
焼成(か焼)は、気流中において、280℃で4時間実施した(加熱速度5℃/分、空気:1L/分)。
活性化は、Nストリーム(加熱速度5℃/分、N2:0.5L/分)で600℃のレトルトで2時間行った。
使用されたTeOの粒径値:
10=16.45μm、D50=43.46μm、D90=236.48μm
比較例1のMoVNbTe混合酸化物のXRDを図4に示し、以下の相分布を示す。
M1=51.88%
M2=8.12%
(Mo0.91.1)O=12.51%
(V0.35Mo4.65)O14=23.19%
SiC(標準)=3.59%
例2
オートクレーブ(40L)に3.3Lの蒸留HOを投入し、攪拌しながら80℃に加熱した。同時に、725.58gのヘプタモリブデン酸アンモニウム四水和物(HC Starck)を加えて溶解した(AHM溶液)。それぞれ1.65Lの蒸留HOで満たされた2つの5Lビーカーを、温度制御された磁気スターラーで攪拌しながら80℃まで同様に加熱した。次に、これらのビーカーに、405.10gの硫酸バナジル水和物(GfE、V含有量21.2%)および185.59gのシュウ酸ニオブアンモニウム(HC Starck、Nb含有量:20.6%)(V溶液およびNb溶液)をそれぞれ加えて溶解した。
前日に、65.59gのTeO(比較例1のAlpha Aesar)を200gの蒸留HO(Retsch PM100 ボールミル)で3時間粉砕し(粉砕後の粒径は図5を参照)、1.45Lの蒸留HOを含むビーカーに移した。
連続した工程で、V溶液をAHM溶液にポンプで送り、次に前日に粉砕したTe懸濁液を加え、80℃で1時間攪拌を続け、最後に蠕動ポンプを使用して、Nb溶液をAHM溶液にポンプで送り込んだ。ポンピング時間:V溶液:290rpmで5分(チューブ直径:8x5mm)、Nb溶液:275rpmで5分(チューブ直径:8x5mm)。
得られた懸濁液を80℃でさらに10分間撹拌し、沈殿中の撹拌速度は90rpmであった。
次いで、懸濁液を、オートクレーブ内の窒素で約6バールの圧力まで加圧し、オートクレーブがN2で圧力下においてフラッシュされるまでブリードバルブを開くことにより、窒素で覆った(5分)。最後に、ベントバルブから圧力を1barの残留圧力まで解放した。
40Lオートクレーブでの水熱合成は、90rpmの攪拌速度でアンカー攪拌機を使用して175℃で20時間(加熱時間:3時間)行った。
合成後、ブルーリボンフィルターを使用した真空ポンプを用いて固体を濾別し、フィルターケーキを5Lの蒸留水で洗浄した。ろ過は数日間続いた。
固体を乾燥オーブンにおいて80℃で3日間乾燥させ、ハンマーミルで粉砕し、0.8kgの固体を得た。
焼成(か焼)は、気流中において、280℃で4時間実施した(加熱速度5℃/分、空気:1L/分)。
活性化は、Nストリーム(加熱速度5℃/分、N2:0.5L/分)で600℃のレトルトで2時間行った。
3時間粉砕したTeOの粒径の値は以下であった
10=0.569μm、D50=2.992μm、D90=6.326μm
生成物の分析的特性評価:
BET=12m/g
例2のMoVNbTe混合酸化物のXRDを図6に示し、以下に相分布を示す。
M1=86.30%
M2=2.78%
(Mo0.91.1)O=0.75%
(V0.35Mo4.65)O14=3.75%
SiC(標準)=5.01%
例3:
最初に、TeO(比較例1のAlpha Aesar)を200gの蒸留HOでスラリー化し、ボールミルで粉砕した(例2と同様)。次に、その部分を500mlの蒸留HOを含むビーカーに移した。Nbを200gの蒸留HOでスラリー化し、同じボールミルで粉砕した。粉砕前後の粒径分布の比較を図7に示す。
次に、その部分を500mlの蒸留HOを含むビーカーに移した。翌朝、それを80℃に加熱し、107.8gのシュウ酸二水和物をNb懸濁液に加え、懸濁液を約1時間攪拌した。オートクレーブ(40L)に6Lの蒸留HOを投入し、攪拌しながら80℃に加熱した。水が前記温度に達したら、61.58gのクエン酸、19.9gのエチレングリコール、615.5gのMoO(Sigma Aldrich)、124.5gのV、粉砕されたTeO、および粉砕されたシュウ酸中のNbを連続して加えた。850mlの蒸留HOを加えて、移し替えを容易にし、容器を洗い流した。オートクレーブ内の水の総量は8.25Lであり、攪拌機の速度は90rpmであった。次に、内容物を窒素で覆った。40Lオートクレーブでの水熱合成は190℃で48時間実施した。合成後、ブルーリボンフィルターを使用した真空ポンプを用いて固体を濾別し、フィルターケーキを5Lの蒸留水で洗浄した。
固体を80℃の乾燥オーブンで3日間乾燥させた後、ハンマーミルで粉砕し、0.8kgの固体を得た。
焼成(か焼)は、気流中において、280℃で4時間実施した(加熱速度5℃/分、空気:1L/分)。
活性化は、Nストリーム(加熱速度5℃/分、N2:0.5L/分)で600℃のレトルトで2時間行った。
例3のMoVNbTe混合酸化物のXRDを図8に示し、以下に相分布を示す。
M1=85.79%
M2=1.95%
(Mo0.91.1)O=1.43%
MoO=3.31%
Nb=2.86%
SiC(標準)=4.66%
比較例2:
まず、TeO(比較例1のAlfa Aesar)を200gの蒸留HOでスラリー化し、ボールミルで(例2と同様に)粉砕した後、ビーカー内の水の量が1650mlになるようにビーカーに移した。
オートクレーブ(40L)に6.6Lの蒸留HOを投入し、攪拌しながら80℃に加熱した。水が温度に達するとすぐに、61.58gのクエン酸、194gのシュウ酸二水和物、19.9gのエチレングリコール、615.5gのMoO(SigmaAldrich)、124.5gのV、粉砕されたTeO、56.8gNb(粉砕を行わず、図7の粒径分布であり、100μmを超える粒子も存在する)を連続して追加した。次に、内容物を窒素で覆った。40Lオートクレーブでの水熱合成は190℃で48時間実施した。合成後、ブルーリボンフィルターを使用した真空ポンプを用いて固体を濾別し、フィルターケーキを5Lの蒸留水で洗浄した。
固体を80℃の乾燥オーブンで3日間乾燥させた後、ハンマーミルで粉砕し、0.8kgの固体を得た。
焼成(か焼)は、気流中において、280℃で4時間実施した(加熱速度5℃/分、空気:1L/分)。
活性化は、Nストリーム(加熱速度5℃/分、N2:0.5L/分)で600℃のレトルトで2時間行った。
比較例3のMoVNbTe混合酸化物のXRDを図9に示し、以下の相分布を示す。
M1=17.34%
M2=1.75%
(V0.35Mo4.65)O14=34.35%
MoVO=24.57%
TeMo16=17.39%
SiC(標準)=4.6%
シュウ酸と最初に反応しなかった未粉砕の酸化ニオブを使用した場合、M1相の17%しか得られなかったことが明確に示された。

Claims (6)

  1. 式Mo Te Nb である(ここで、a=0.15~0.3、b=0.1~0.25、c=0.1~0.2、xは、金属(Mo、V、Te、およびNb)の酸化状態に従い、電荷を相殺するために必要な値となり)
    モリブデン、バナジウム、ニオブ、テルルの各元素を含む混合酸化物材料の製造方法であって、
    a)テルルが+4の酸化状態にあり、モリブデン、バナジウム、ニオブ、およびテルル含有出発化合物を含む出発化合物の混合物製造する工程、
    b)出発化合物の混合物を100℃~300℃の温度で水熱処理して生成物懸濁液を得る工程、
    c)工程b)から得られた生成物懸濁液から固体の分離と乾燥を行う工程、
    d)不活性ガス中で固体を活性化して混合酸化物材料を得る工程を含み、
    テルル含有出発化合物が100μm未満の粒径D90を有し、
    ニオブ含有出発化合物の粒径D50が50μm未満であり、
    テルル含有出発化合物が、二酸化テルルであり、
    前記二酸化テルルの粒径D50が35μm未満であることを特徴とする前記製造方法。
  2. 出発化合物の混合物が水性懸濁液であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 出発化合物の1つがヘプタモリブデン酸アンモニウムまたは三酸化モリブデンであることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
  4. 出発化合物の1つがメタバナジン酸アンモニウム、硫酸バナジルまたは五酸化バナジウムであることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 出発化合物の1つがシュウ酸ニオブアンモニウム、シュウ酸ニオブまたは酸化ニオブであることを特徴とする、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 式Mo Te Nb 中において、a=0.2~0.3である、請求項1~5のいずれか一項に記載の方法。
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