Esterification of acetic acid with n-Butanol using vanadium oxides supported on γ-alumina

Esterification of acetic acid with n-Butanol has been studied in a heterogeneous reaction system using two γ-alumina-supported vanadium oxide catalysts with different V loadings, which were prepared by the impregnation of a precipitated alumina. The alumina support and the supported catalysts were characterized using X-ray diffraction, N2 adsorption, EDX analysis and NH3-TPD techniques. The effects of the reaction time, of the molar ratio of the reactants, of the speed of agitation and of the mass fraction of the catalyst on the catalytic properties were studied. In the presence of the supported catalyst containing 10 wt % V2O5 (10V-Al2O3 sample) the conversion reached 87.7% after 210 min of reaction at 100 °C with an n-Butanol-to-acetic acid mole ratio equal to one. The conversion as well as the total acidity measured by TPD of NH3 increased in the following order: Al2O3 < 5V-Al2O3 (5 wt % V2O5/Al2O3) < 10V-Al2O3. In all cases the reaction was completely selective to n-butyl acetate. Nevertheless, a loss in catalytic activity after three reaction cycles with 10 V2O5–Al2O3 catalyst was observed.

RésuméL’estérification de l’acide acétique avec le n-Butanol a été étudiée en catalyse hétérogène en présence de deux catalyseurs d’oxyde de vanadium supportés sur γ-alumine avec différentes teneurs en vanadium qui ont été préparés par l’imprégnation d’une alumine précipitée. Le support d’alumine ainsi que les catalyseurs supportés ont été caractérisés par diffraction de rayons X, adsorption d’azote, analyse chimique EDX et désorption thermique programmée d’ammoniac. Les effets du temps de réaction, du rapport molaire des réactants, de la vitesse d’agitation ainsi que de la masse du catalyseur sur les propriétés catalytiques ont été étudiés. En présence du catalyseur supporté contenant 10 % V2O5 en poids (échantillon 10V-Al2O3) la conversion atteinte est voisine de 87,7 % après 210 minutes de réaction à 100 °C et avec un rapport molaire entre n-Butanol et acide acétique égal à un. La conversion ainsi que l’acidité totale mesurée par désorption thermique programmée d’ammoniac augmentent dans l’ordre suivant : Al2O3 < 5V-Al2O3 (5 % en poids V2O5/Al2O3) < 10V-Al2O3. Dans tous les cas la réaction a été complètement sélective pour l’acétate de n-butyle. Néanmoins, une perte de l’activité catalytique du catalyseur 10 V2O5–Al2O3 après trois cycles de réaction a été observée.