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Kinetik geträgerter (bimetallischer) Palladium-Katalysatoren in der H2O2-Direktsynthese

Kinetik geträgerter (bimetallischer) Palladium-Katalysatoren in der H2O2-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. Im Gegensatz dazu ist die Direktsynthese von Wasserstoffperoxid ein attraktiver Syntheseweg, bei dem sowohl molekularer Wasserstoff als auch Sauerstoff mit einem heterogenen Katalysator in einer einzigen Reaktion kontaktiert werden. In den letzten Jahren wurde intensiv am Verständnis des Reaktionsmechanismus geforscht, um eine wissensbasierte Erhöhung der Selektivität zu erreichen, die derzeit die industrielle Umsetzung im Weg steht. Denn neben Wasserstoffperoxid entsteht, thermodynamisch begünstigt, Wasser als Nebenprodukt in verschiedenen Folge- und Parallelreaktionen:


In Zusammenarbeit des Instituts für Technische Chemie und Polymerchemie (ITCP), des Instituts für Katalyseforschung und -technologie (IKFT) und des Instituts für Mikroverfahrenstechnik (IMVT) wird der Einsatz verschiedener geträgerte (bimetallische) Palladium-Katalysatoren mit definierten Nanopartikelstrukturen untersucht, die ihr Potential in Mikromembranreaktoren entfalten können. Die beteiligten Wissenschaftler konnten dabei bereits bedeutsame Erkenntnisse zur Struktur von Palladium-Nanopartikeln aufzeigen, was in Fachmagazin C&EN als einer der beiden Highlights der Forschung im Bereich der heterogenen Katalyse des Jahres 2018 betitelt wurde, siehe https://cen.acs.org/analytical-chemistry/CENs-Year-Chemistry-2018/96/i49.

Zur weiteren Optimierung der Katalysatorsynthese und zur Reaktorsimulation werden reaktionstechnische Daten benötigt, die das Umsatz- bzw. Selektivitätsverhalten der synthetisierten Katalysatoren im oben skizzierten Reaktionsnetzwerk numerisch abbilden können.


Aufgabenstellung
Vor diesem Hintergrund sollen nun in einer Bachelor- oder Masterarbeit reaktionskinetischen Parameter geträgerter (bimetallische) Pd-Katalysatoren experimentell bestimmt werden. Der Fokus liegt dabei auf der Bestimmung der Konzentrationsabhängigkeit bei konstanter Temperatur. Dabei soll aus reaktionstechnischen Experimenten mit einem kontinuierlich durchströmten Reaktor (Festbett) zunächst Selektivität werden. Hierbei soll das Wasserstoff/Sauerstoff-Verhältnis variiert werden und Wasserstoffperoxid im Feed eingesetzt werden.

Je nach Umfang der Arbeit und Hintergrund des Studierenden ist es gewünscht, die kinetischen Parameter durch Fitten der experimentellen Daten an kinetische Zeitgesetze in MATLAB®-Routinen zu extrahieren. Hierbei werden insbesondere Potenzgesetze in Betracht gezogen.

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.

 

Beginn: Ab sofort
Betreuung: 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