Institut für Mikroverfahrenstechnik (IMVT)

Intermetallische Verbindungen als hochselektive Katalysatoren in Mikrostrukturreaktoren

  • Ansprechpartner:

    Dittmeyer, Roland

  • Förderung: Normalverfahren
  • Partner:

    Technische Universität Chemnitz, Institut für Chemie, Lehrstuhl für Anorganische Chemie, Chemnitz, Deutschland

  • Starttermin: 2013
  • Endtermin:

    2016

Es werden innovative Wege zur Integration der hochselektiven Semihydrierkatalysatoren GaPd, GaPd2 sowie Al13Fe4 in mikrostrukturierten Reaktoren untersucht, um eine neuartige Hydriertechnologie zu erhalten.

Projektbeschreibung

Die ausgezeichnete Wärmeübertragung in Mikrostrukturreaktoren ermöglicht es, die katalytischen Eigenschaften dieser Materialien in einem weiten Bereich der Prozessbedingungen genau zu studieren und dadurch wichtige Erkenntnisse über die Kinetik der Hydrierung an den intermetallischen Verbindungen, insbesondere im Hinblick auf Unterschiede zu konventionellen Legierungskatalysatoren, zu gewinnen. In der technischen Umsetzung ließen sich höhere Reaktionstemperaturen realisieren, so dass die Hydrierwärme zur Dampferzeugung genutzt werden könnte. Hierdurch könnte die Energiebilanz der Verfahren verbessert werden. Drei verschiedene Wege werden erprobt, um die intermetallischen Verbindungen zu synthetisieren bzw. in die Reaktoren einzubringen: die Anordnung ungeträgerter Ga-Pd Nanopartikel in einem neuen Querstrom-Mikroreaktor als Referenzsystem, Tintenstrahldruck von Ga-Pd Nanopartikeln in Mikrokanäle und die Sputter-Synthese der Ga-Pd Verbindungen sowie der edelmetallfreien intermetallischen Verbindung Al13Fe4 direkt in den Mikrokanälen, die einen alternativen, ökonomischen Zugangsweg zu dünnen Beschichtungen mit hoher spezifischer Oberfläche der Verbindungen darstellt. Die Arbeiten umfassen die Darstellung der Ga-Pd Nanopartikel, deren Charakterisierung sowie die Entwicklung einer Tintenformulierung für das Bedrucken der Folien dienen. Zusätzlich werden die durch Drucken oder Sputtern erstellten Schichten bezüglich ihrer Phasenzusammensetzung, Anhaftung und Morphologie charakterisiert. Umfassende katalytische Messungen zur Semihydrierung von Ethin an den Reaktorsystemen in einem weiten Parameterbereich - der über die Grenzen der bisherigen Technologie hinaus geht - erlauben die Ermittlung kinetischer Größen. Dies bildet die Grundlage für die Modellierung der Kinetik und die theoretische Bewertung der neuartigen Hydriertechnologie. Darüber hinaus sollen die präparierten Katalysatorschichten auch für die Hydrierung anderer Substrate wie Propin oder 1,4-Butadien erprobt werden, um verallgemeinerbare Schlussfolgerungen zu ermöglichen.

 

 

Veröffentlichungen

Inkjet Printing of GaPd₂ into Micro-Channels for Selective Hydrogenation of Acetylene.
Siebert, M.; Zimmermann, R. R.; Armbrüster, M.; Dittmeyer, R.
2017. ChemCatChem, 9 (19), 3733-3742. doi:10.1002/cctc.201700288

Highly active catalytic wall coatings in the channels of microstructured reactors for process intensification.
Klumpp, M; Baracchini, G.; Siebert, M.; Lee, S.; Dittmeyer, R.
2016. Proceedings of the 30th International Conference on Surface Modification Technologies (Milan, Italy)