Acidic Properties of Tungsten Oxide Supported on Zirconia and Catalytic Activities for Acid Catalysis

Zirconia에 담지된 산화텅스텐 촉매의 산 성질과 산 촉매활성

Tungsten oxide supported on zirconia was prepared by drying powdered $Zr(OH)_4$ with ammonium metatungstate aqueous solution, followed by calcining in air at high temperature. Upon the addition of only small amount of tungsten oxide (1 wt % $WO_3$) to $ZrO_2$, both the acidity and acid strength of catalyst increased remarkably, showing the presence of $Br{\ddot{o}}nsted$ and Lewis acid sites on the surface of $WO_3$/$ZrO_2$. The high acid strength and large amount of acid sites on $WO_3$/$ZrO_2$ were due to the presence of the W=O bond nature of complex formed by the interaction between $WO_3$ and $ZrO_2$. The catalyst containing 20 wt % $WO_3$, calcined at 973 K, showed the highest catalytic activity for the 2-propanol dehydration, while the catalyst containing 15 wt % $WO_3$, calcined at 1023 K, exhibited the highest catalytic activity for the cumene dealkylation. For the 2-propanol dehydration the catalytic activities of $WO_3$/$ZrO_2$ catalysts were roughly correlated with their acidities.

분말 $Zr(OH)_4$를 ammonium metatungstate수용액에 넣어서 증발 건조시킨 후 공기중 높은 온도에서 소성하여 zirconia에 담지된 $WO_3$촉매를 제조하였다. $ZrO_2$에 소량 (1 wt %)의 $WO_3$를 첨가하면 촉매의 산의 양과 세기가 급격하게 증가하였으며 촉매는 Lewis산과 $Br{\ddot{o}}nsted$산 모두를 가지고 있었다. 이와 같은 $WO_3$/$ZrO_2$촉매의 큰 산의 세기와 많은 산의 양은 $WO_3$와 $ZrO_2$의 상호작용으로 생성된 W=O결합의 성질에 기인하였다. 2-propanol의 탈수반응에서는 $WO_3$함량이 20 wt %이고 973 K에 소성한 촉매가 최대의 촉매활성을 보였으며 cumene의 탈알킬화 반응에서는 $WO_3$함량이 15 wt %이고 1023 K에서 소성한 촉매가 최대 촉매활성을 나타내었다. 2-propanol의 탈수반응에서 촉매활성의 변화는 대략적으로 촉매의 산의 양의 변화와 상호 관련되었다.