Abstract
The acid properties of $V_2O_5-TiO_2/SiO_2$ catalysts and the partial oxidation of o-xylene into phthalic anhydride had been investigated in order to relate the acid property of catalyst to the catalytic activity. $V_2O_5$ had both weak (V=O) and strong (V-O-V) acid sites which gave pyridine desorption peaks at $230^{\circ}C$ and $300^{\circ}C$, respectively, and the amount of weak acid sites at $230^{\circ}C$ decreased with the increase of calcination temperature. On the other hand, the amount of weak acid sites increased considerably by increasing the amount of $TiO_2$ to the $V_2O_5-TiO_2/SiO_5$, and the maximum value was shown at 20 and higher mole % of $TiO_2$ with respect to $SiO_2$. In the oxidation of o-xylene, $V_2O_5-TiO_2/SiO_2$ enhandced more the total conversion and the selectivity to phthalic anhydride than $V_2O_5/SiO_2$, and the higher $TiO_2$ ratio to $V_2O_5$ increased the total conversion but could not change the selectivity to phthalic anhydride. Weak acid sites (V=O) led o-xylene to partial oxidation producing phthalic anhydride by adsorbing o-xylene weakly, while acid sites (V-O-V) led it to total oxidation producing CO and $CO_2$ by adsorbing it strongly.
$V_2O_5-TiO_2/SiO_2$ 촉매를 제조하여 그 산특성을 조사하였고, 동 촉매상에서 o-자일렌의 무수프탈산으로의 부분산화반응에 대한 활성측정을 병행하여 촉매의 산특성과 반응성과의 연관성을 알아보았다. $V_2O_5$ 촉매는 V=O로 추정되는 약산점과 V-O-V로 추정되는 강산점을 가지고 있었으며, 소성온도가 높아질수록 약산점의 양이 감소하였다. $V_2O_5-TiO_2/SiO_2$ 촉매의 경우 약산점이 크게 나타났으며, 그 양은 $SiO_2$의 담지량이 20 mole% 일 때 최대치를 보였고 그 이상에서 일정하였다. 한편, o-자일렌 부분산화반응에서 $V_2O_5-TiO_2/SiO_2$는 $V_2O_5/SiO_2$에 비해 전체 전환율 및 무수프탈산으로의 선택도를 크게 증가시켰으며, $V_2O_5-TiO_2/SiO_2$에서 $TiO_2$의 양이 증가할 경우 전체 전환율은 증가하였으나 무수프탈산으로의 선택도는 크게 변하지 않았다. V=O로 추정되는 약산점은 o-자일렌을 약하게 흡착함으로써 무수프탈산으로의 부분산화반응을, V-O-V로 추정되는 강산점은 o-자일렌을 보다 강하게 흡착하여 $C_1$으로의 완전산화반응을 각각 유도함을 알 수 있었다.