The vapor-phase air oxidation of isobutylene to methacrolein over bismuth molybdate catalysts were investigated in an isothermal integral flow reactor at atmospheric pressure between 300 and 600℃. Various bismuth molybdates were characterized by X-ray diffraction, in spectra, and DTA analysis as α-, β-, γ-bismuth molybdate. With these defined catalysts activity test was carried out. γ-Bismuth molybdate had the highest activity for the oxidation of isobutylene of the three catalysts.
Then, for the study of kinetics of oxidation of isobutylene over γ-bismuth molybdate catalyst the effects of several variables, feed ratio of oxygen to isobutylene, reaction temperature and the reciprocal of space velocity on the conversion and product distribution were determined by gas chromatography.
Through 13 different mechanisms were postulated, the rate of reaction was most satisfactorily correlated by a mechanism which assumes the rate-controlling step to be the surface reaction between charged adsorbed isobutylene and oxygen. The rate expression
$$γ= \frac{K_SK_AP_A}{1+K_AP_A+K_RP_R}×\frac{K_BP_B}{1+K_BP_B}$$
fitted the data best. And derived rate and adsorption coefficients satisfy the Boudart criteria.
비스무드 몰리브데이트 촉매들에 의한 이소부틸렌의 메타클로레인으로의 기상산화를 300 - 600℃의 온도와 대기압하에서 등온적 흐름 반응기내에서 조사했다. 여러가지 비스무드 몰리브데이트 촉매들은 x선 회절분석, 적외선 분광분석 및 미분열 분석에 의해서 α-, β, γ- 비스무드 몰리브데이트로 특성화 했다. 이와같이 정의된 촉매들은 반응기내에서 활성도 검사를 실시했다. 이 결과 γ-비스무드 몰리브데이트가 반응에 대해서 가장 좋은 활성도를 나타냈다.
이 촉매들의 기본적인 운동론을 알아보기 위해서 가장 활성도가 좋다고 판정된 γ형을 선택해서 이소부틸렌의 반응에 대한 산소와 이소부틸렌의 원료 배합비율, 반응온도 및 공간속도의 영향을 조사했다. 이와같이 조사된 인자들을 랑뮤어-힌쉘우드 메카니즘에 의해서 판정한 결과 다음과 같은 속도식을 얻을 수 있었다.
$$r = \frac{K_SK_AP_A}{1 + K_AP_A + K_RP_R} \times \frac{K_BP_B}{1 + K_BP_B}$$
이 속도식은 실험자료와 잘 맞았으며, 구한 속도 및 흡착 평형상수는 부다의 판정기준을 만족했다.
