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Experimentelle Bestimmung der Konzentrationsprofile in einem mikrostrukturierten Membranreaktor in der Wasserstoffperoxid-Direktsynthese

Experimentelle Bestimmung der Konzentrationsprofile in einem mikrostrukturierten Membranreaktor in der Wasserstoffperoxid-Direktsynthese
Stellenausschreibung: Links:
Stellenart:

Bachelor-/Masterarbeit

Institut:

IMVT

Eintrittstermin:

Ab sofort

Kontaktperson:

Deschner, Benedikt

Hintergrund und Motivation
Wasserstoffperoxid (H2O2) ist ein umweltfreundliches Oxidationsmittel mit Zukunftspotential: Es wird geschätzt, dass die gegenwärtige Jahresproduktion von drei Megatonnen innerhalb der nächsten fünf Jahre auf mehr als fünf Megatonnen weiter ansteigen wird. Der Standardprozess für die industrielle H2O2-Produktion ist das Anthrachinonverfahren. Dieses Verfahren ermöglicht jedoch aufgrund der vielen Prozessstufen und der begrenzten Wiederverwendbarkeit des organischen Anthrachinons keine kostengünstige H2O2-Produktion.

Die heterogen katalysierte Wasserstoffperoxid-Direktsynthese aus den Elementen H2 und O2 ist dagegen eine attraktive Prozessroute für eine dezentrale Wasserstoffperoxid-Produktion. Jedoch kann das Potential der Direktsynthese in konventionellen Reaktoren nicht voll ausgeschöpft werden: Der weite Explosionsbereich von H2/O2-Gasgemischen und Stofftransportwiderstände im flüssigen Reaktionsmedium schränken die Reaktorproduktivität ein. Am IMVT wird zur Bewältigung dieser reaktionstechnischen Herausforderungen ein neuartiger suspensionsdurchströmter Membranmikroreaktor eingesetzt. Eine Polymermembran ermöglicht eine blasenfreie Dosierung der Reaktanden H2 und O2 zur Katalysatorsuspension, die den mäanderförmigen Reaktionskanal kontinuierlich durchströmt. Durch die alternierende Dosierung ist die Wasserstoffperoxid-Konzentration nicht durch die Sättigungskonzentration der Gase limitiert, weil die verbrauchten Reaktanden nachgeführt werden.

Um die tatsächlichen Konzentrationen der Reaktanten im Kanal bestimmen zu können wurden innerhalb der Forschungsgruppe FOR2383 „ProMiSe“ in Zusammenarbeit mit dem IMTEK der Universität Freiburg neuartige miniaturisierte elektrochemische Sensoren entwickelt. Diese sitzen am Boden des Mäanderkanals und sind in der Lage, die Reaktandenkonzentrationen (H2, O2, H2O2) simultan zu messen.


Aufgabenstellung
Vor diesem Hintergrund soll in einer Bachelor- oder Masterarbeit erstmals das tatsächliche Profil des H2/O2-Verhältnisses im Reaktorbetrieb mit Suspensionskatalyse gemessen werden. Ziel der Arbeit ist mit bis zu vier dieser Sensoren im Kanal simultan zu arbeiten und den Einfluss der H2/O2-Partialdrücke, Katalysator-Feststoffkonzentration, und Verweilzeit auf die tatsächlichen Konzentrationsprofile im Reaktorbetrieb zu ermitteln.

Der Umfang (Bachelorarbeit oder Masterarbeit) der Arbeit sowie der Schwerpunkt der Arbeit kann nach Absprache festgelegt werden. Die Arbeit richtet sich an Studierende der Fakultäten Chemie sowie Chemieingenieurwesen, die sich für heterogene Katalyse und Reaktionstechnik interessieren. Fachwissen im Bereich der Elektrochemie ist nicht erforderlich.


Beginn: Ab sofort
Betreuer: Benedikt Deschner

 

 

Institut für Mikroverfahrenstechnik

Leiter: Prof. Dr.-Ing. Roland Dittmeyer

Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
76344 Eggenstein-Leopoldshafen

Telefon: 0721-608-26754
Fax: 0721-608-23186
E-Mail: benedikt.deschner@kit.edu
Web: www.imvt.kit.edu

Datum: 21. Januar 2019