Propriétés acido-basiques et catalytiques des solides VPO, dopés au zirconium ou au chrome, préparés dans un milieu organique

Laboratoire de chimie des matériaux et catalyse hétérogène, département de chimie, faculté des sciences de Tunis, 1060 Tunis, Tunisie.

Résumé

Des catalyseurs de pyrophosphate de vanadium pur VPO, dopés au zirconium VZP et dopés au chrome VCP, ont été préparés dans un solvant organique. Les propriétés acido-basiques ont été étudiées par FTIR après adsorption de pyridine et en utilisant la décomposition de l’isopropanol en propène et en acétone comme réaction test. Elles sont discutées en relation avec les performances catalytiques des solides dans la réaction d’oxydation du n-butane en anhydride maléïque (AM) mesurées à faible et à forte conversions.

La présence de zirconium ou de chrome, même en faible quantité (Me/V=l% et 5%) affecte les propriétés acido-basiques et l’activité catalytique de la surface. C’est ainsi que le dopage par le chrome exalte la basicité, diminue la force des sites acides de Lewis et conduit à une activité intrinsèque en AM comparable à celle du catalyseur VPO pur mais à une sélectivité en AM plus faible. L’obtention du butène, révélant une activité déshydrogénante ,est une caractéristique des catalyseurs VCP. En revanche les catalyseurs dopés au zirconium, tout en gardant une force des sites de Lewis comparable à celle du VPO pur, voient la basicité de la surface augmenter lorsque la concentration de Zr augmente. Parallèlement, l’activité intrinsèque ainsi que la sélectivité en AM diminuent comparativement à celles du solide VPO pur. Toutes ces observations confortent l’idée selon laquelle les performances catalytiques des phosphates de vanadium sont en partie conditionnées par les propriétés acido-basiques.

Abstract

Pure vanadium pyrophosphate VPO, zirconium VZP and chromium VCP doped catalysts were prepared in organic medium. Acido-basic properties were studied by FTIR after pyridine adsorption as well as in isopropanol decomposition test through propene and acetone formation. The acidity of these solids has been discussed in relation with catalytic performance in n-butane oxidation to maleic anhydride (MA) measured at low and high conversion.

The presence of Zr and Cr even at low amount (Me/V= 1% and 5%) affects the acido-basicity of the surface and catalytic activity. So, the addition of Cr to VPO catalysts, increases the basicity, decreases Lewis sites strength and leads to an intrinsic activity to MA as high as of pure VPO catalysts but to a lower AM selectivity. The appearance of butene as a reaction product is a characteristic of these catalysts. However, for Zr-doped catalysts, the Lewis acidity is comparable to that of pure VPO, but the basicity increases with increasing Zr amount. Simultaneously, intrinsic activity and selectivity for MA decrease comparatively to pure VPO. These results support the idea which considers that catalytic performances of VPO catalysts are partly determined by their acido-basic properties.