V2O5katalyytti

V2O5-katalyytti, eli vanadiini(V) oksidin katalyytti, on laajasti käytetty heterogeeninen katalyytti korkeissa lämpötiloissa tapahtuvissa oksidaatioreaktioissa. Aktiivinen faasi on vanadiini(V) oksidi (V2O5), jota käytetään tuettuna tukiaineilla kuten piidioksidilla (SiO2), alumiinioksidilla (Al2O3) tai titania (TiO2).

Katalyytin toimintamekanismi perustuu usein Mars–van Krevelen -malliin: lattisiin hapen varastoihin sitoutunut happi siirtää hapen substraattiin, katalyytti pelkistyy ja lopuksi hapenpalautuminen tapahtuu kaasun O2:n vaikutuksesta. Tämä redox-syklin ominaisuus mahdollistaa tehokkaan oksidaatioreaktioiden kulun ja usein hyvän selektiivisyyden.

Keskeisimmät käyttökohteet ovat rikkihapon tuotannon kontakti-prosessin SO2 → SO3 -oksidaatio sekä eräät selektiiviset oksidaatioreaktiot aromattisissa ja alifaattisissa yhdisteissä. Esimerkkejä ovat phthalic anhydridein tuotanto sekä maleic anhydridein muodostus. Näissä prosesseissa lämpötilat ovat tyypillisesti noin 400–550 °C ja paine noin yksi ilmakehä, riippuen reaktiosta ja prosessissa käytetystä tukimateriaalista.

Valmistuksessa V2O5 käytetään usein tukimateriaalin pinnalla, ja vanadiinipitoisuus on tyypillisesti noin 1–5 massaprosenttia. Tukimateriaalin valinnalla vaikutetaan aktiivisuuteen, kestävyyteen ja huokoisuuteen. Katalyytti voi heikentyä ajan mittaan epäpuhtauksien, kosteuden, rikkihapon tai pölyn vaikutuksesta sekä korkean lämpötilan aiheuttamasta sinteringistä.

V2O5-katalyyttejä pidetään toksisina; vanadiumyhdisteiden käsittely ja jätteiden hallinta ovat tärkeitä työterveyden ja ympäristön kannalta. Historia// Vanadiini pentoksidin käyttö teollisuudessa alkoi 1900-luvulla, ja kontakti-prosessi mahdollisti sen laajamittaisen soveltamisen rikkihapon tuotannossa.