Activité de V₂O₅/TiO₂ modifié par le phosphore dans la réaction de déshydrogénation oxydante de l'éthane en éthylène

Laboratoire de physico-chimie des matériaux et catalyse, faculté des sciences, département de chimie, av Ibn-Batouta, Rabat, Maroc, Maroc.

Résumé

Dans l'étude qui sera présentée, nous avons examiné le système V₂O₅/TiO₂ modifié par le phosphore à différents rapports molaires dans la réaction de déshydrogénation oxydante de l'éthane en éthylène. Une série de catalyseurs V₂O₅- P₂O₅/TiO₂ contenant des rapports P/V compris entre 0 et 3,3 a été préparée par la méthode d’imprégnation en présence d’acide oxalique. La caractérisation de ces solides par différentes techniques spectroscopiques a montré qu’en absence de phosphore, le vanadium présent dans le catalyseur est essentiellement sous forme d’ions V⁵⁺. L’ajout de P₂O₅ favorise l'apparition du phosphate de vanadyle supporté et d’entités V⁴⁺ isolées.

Les performances de ces différents catalyseurs (activité et sélectivité) ont été déterminées. Il ressort des résultats que l'ajout de phosphore améliore nettement la sélectivité en éthylène. Elle atteint 50 % à 550°C, pour une conversion globale d’éthane de 33 %. L'activité catalytique des solides V₂O₅-P₂O₅/TiO₂ semble être gouvernée par le rapport V⁵⁺/V⁴⁺. Une forte concentration de V⁵⁺, comme dans le cas de V₂O₅/TiO₂, conduit à une bonne activité et une mauvaise sélectivité. Une forte densité de sites V⁴⁺ due à la présence du phosphore améliore la sélectivité.

Abstract

The present study deals with ethane dehydrogenation on V₂O₅/TiO₂ modified by different amounts of P₂O₅. Catalysts containing P/V ratios ranging from 0 to 3.3 were prepared by impregnation in presence of oxalic acid. Their characterization by various spectroscopic techniques showed that in absence of phosphorus, the vanadium is essentially present in the sample as V⁵⁺. Addition of P₂O₅ favors the formation of supported vanadyl phosphate and isolated V⁴⁺ species.

Catalytic measurements have showed that phosphorus improves the selectivity towards ethene. At 550°C, the total conversion reaches 33 % and the selectivity 50%. The activity of the sample investigated seems to be governed by the V⁵⁺V⁴⁺ ratio. At higher concentration of V⁵⁺ like in V₂O₅/TiO₂ a good activity is achieved but the selectivity is poor. When the concentration of V⁴⁺ is increased by an addition of P₂O₅ the selectivity increases.