Immobilisierungskonzepte

Der große Nachteil der homogenen Katalyse ist die erschwerte Abtrennung der Produkte und des Katalysators am Ende der Reaktion. Um diesen Nachteil zu umgehen, wurden in den letzten Jahrzehnten verschiedene Ansätze zur Heterogenisierung der homogenen Katalysatoren unternommen. Sowohl das SHOP als auch das RCH/RP Verfahren haben das große Potential der Zweiphasenkatalyse mit Übergangsmetallkomplexen gezeigt. Verschiedene andere Immobilisierungstechniken wurden in den letzten Jahren im akademischen und industriellen Bereich entwickelt. Am CRT fokussiert sich die Katalyseforschung auf die homogene Katalyse, die Zweiphasenkatalyse und die geträgerte Flüssigphasenkatalyse.

Homogene Katalyse am CRT befasst sich, wenn nötig, mit der Synthese und Charakterisierung von Übergangsmetallkomplexen. Diese Katalysatoren werden dann in einem ersten Schritt hinsichtlich ihrer Aktivität und Selektivität in klassischen, molekularen Lösungsmitteln untersucht. Diese Ergebnisse dienen als Benchmark für alle weiteren Versuche. Standard Testapparaturen umfassen Glasgeräte (Schlenk-Kolben) und satzweise betriebene Autoklaven (50 ml bis 1000 ml).

Screening von Katalysatoren

Die besten Komplexe werden anschließend in einem Zweiphasensystem mit Ionischen Flüssigkeiten untersucht. Ziel ist hier, die Katalysatorleistung zu steigern und die Produktabtrennung zu optimieren. Geeignete Ionische Flüssigkeiten können mit Hilfe der COSMO-RS Software in einem Vorabtest ausgewählt werden. Die Löslichkeit des Substrates sollte in diesen Ionischen Flüssigkeiten hoch sein, wohingegen die Produktlöslichkeit gering sein sollte. Dadurch kann das Wunschprodukt in situ extrahiert und mögliche Folgereaktionen unterdrückt werden.
Die besten Zweiphasensysteme werden kinetisch untersucht und das Katalysatorrecycling wird weiter optimiert. Der zugrunde liegende Mechanismus der Zweiphasenkatalyse und die geschwindigkeitsbestimmenden Schritte dieses Prozesses werden durch geeignete Experimente untersucht.

Im letzten Schritt werden am CRT, wenn benötigt, die Untersuchungen zur Zweiphasenkatalyse zu einem kontinuierlichen Prozess entwickelt. Dabei stehen Recycling, Anreicherung von Nebenprodukten und Katalysatorgiften sowie die Stabilität des Katalysators im Vordergrund. Die Optimierung der Raum-Zeit-Ausbeute ist ebenfalls wesentlicher Bestandteil dieser Untersuchungen, um die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zu steigern. Diese Untersuchungen werden in Miniplants durchgeführt, welche in der Werkstatt des CRT ausgelegt und gebaut werden.

Wenn möglich und hinsichtlich technischer Fahrweise vorteilhaft, werden die ionischen Katalysatorlösungen als dünner Film auf porösen Trägern immobilisiert und als SILP Katalysatoren in kontinuierlichen Anlagen getestet.

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