Influence of Vanadium Oxidation States on the Performance of V–Mg–Al Mixed–Oxide Catalysts for the Oxidative Dehydrogenation of Propane
Leticia Schacht,ª Juan Navarrete,b Persi Schacht,b* and Marco A. Ramírezb
ª Instituto Politécnico Nacional. Departamento de Ciencia de Materiales, Escuela Superior de Física y Matemáticas. Av. IPN s/n. Edificio 9 1er. Piso. C.P. O7738.
b Instituto Mexicano del Petróleo. Programa de Ingeniería Molecular. Eje Central Lázaro Cárdenas 152 CP. 07730 México D. F., *Responsible author: pschacha@imp.mx.
Received September 22, 2009 ]]> Accepted February 11, 2010
Abstract
V–Mg–Al mixed–oxide catalysts for oxidative dehydrogenation of propane were prepared by thermal decomposition of Mg–Al–layered double hydroxides with vanadium interlayer doping. The obtained catalysts were tested for the oxidative dehydrogenation of propane, obtaining good results in catalytic activity (conversion 16.55 % and selectivity 99.97 %). Results indicated that catalytic performance of these materials depends on how vanadium is integrated in the layered structure, which is determined by the Mg/Al ratio. Vanadium interlayer doping modifies the oxidation state of vanadium and consequently catalytic properties. Surface properties were studied by X–ray photoelectron spectroscopic and diffuse reflectance, UV–visible spectroscopy, and temperature programmed reduction (TPR). The analyses provided information about the oxidation state, before and after the reaction. From these results, it is suggested that selectivity to propylene and catalytic activity depend mainly on vanadium oxidation state.
Keywords: V–Mg–Al mixed–oxide, vanadium oxidation XPS, Diffuse reflectance UV–visible spectroscopy, Oxidative Dehydrogenation of propane.
Resumen
Se prepararon mezclas de óxidos de V–Mg–Al como catalizadores en la reacción de deshidrogenación oxidativa de propano. Los catalizadores se obtuvieron a partir de la descomposición térmica de hidróxidos Mg–Al de doble capa y modificados con vanadio en la intercapa. El comportamiento catalítico depende de la manera de incorporación del vanadio dentro de la estructura, la cual esta definida por la relación Mg/Al. Los resultados obtenidos muestran que la relación Mg/AL determina la forma de incorporación y el estado de oxidación del vanadio en la estructura. Las propiedades superficiales se estudiaron por medio de espectroscopia fotoelectrónica de rayos X, espectroscopia UV–visible y temperatura programada de reducción. La información obtenida de estos análisis permitió establecer los estados de oxidación del vanadio antes y después de la reacción química. De acuerdo con estos resultados, se sugiere que la selectividad hacia propeno depende del estado de oxidación del vanadio en el catalizador.
Palabras clave: Óxidos de V–Mg–Al, oxidación del vanadio, XPS, refractancia difusa, espectroscopia UV–visible, deshidrogenación oxidativa de propano.
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