Arbeitsgruppe TechChem

Forschung

von Prof. Dr. (Stelle wird derzeit neu besetzt)

Forschung

Katalysatoren für Ressourceneffizienz und Rohstoffwandel in der Chemie

Our research primarily focusses on the development and evaluation of heterogeneous catalysts for the improvement of current industrial processes and the development of new catalytic processes. For this purpose, microporous crystalline materials like zeolites and MOFs, metals on carriers and ternary intermetallic compounds (e.g. Heusler compounds) are studied.

Der Schwerpunkt unserer Forschungsarbeiten liegt in der Entwicklung und Erprobung von festen porösen Katalysatoren. Die Katalysatoren finden in bereits bestehenden oder in neu zu entwickelnden Prozessen unter den Aspekten des ressourcenschonenden Umgangs mit fossilen Rohstoffen, durch Minimierung von Nebenprodukten sowie durch Verwendung alternativer Einsatzstoffe als Ersatz für fossile Rohstoffe Anwendung. Hierfür werden in unserer Arbeitsgruppe im wesentlichen Zeolithe mit mikroporösen Strukturen, Metall-Träger-Katalysatoren sowie ternäre intermetallische Verbindungen untersucht.

Ein aktuelles Arbeitsgebiet betrifft die direkte Umsetzung von Ethen zu Propen an sauren Zeolith-Katalysatoren (vgl. Abb. 1).

Eine weitere derzeit untersuchte Reaktion ist die Hydrierung von Kohlendioxid zu Methan (Sabatier-Reaktion), die unter dem Stichwort Power-to-Gas mit Metall-Trägerkatalysatoren (z.B. Nickel auf makro/mesoporösem Titan-Aluminiumoxid) in einer Hochdruck-Strömungsapparatur mit Festbett-Reaktor untersucht wird. Der hierzu erforderliche Wasserstoff kann z.B. durch Wasserelektrolyse mit elektrischer Energie aus erneuerbaren Energiequellen (Wind- und Sonnenenergie) gewonnen werden. In dieser Weise kann Methan als Energiespeichermedium eingesetzt und über das gesamte bestehende Erdgasnetz verteilt werden.

Neuerdings erforschen wir die katalytischen Eigenschaften von ternären intermetallischen Verbindungen (z. B. Heusler-Verbindungen). Die Struktur und mögliche Zusammensetzungen aus den Elementen des Periodensystems sind in Abb. 3 dargestellt. In unseren katalytischen Experimenten zeigen sich je nach Zusammensetzung katalytische Eigenschaften für Säure/Base-Reaktionen, Selektivoxidationen etc.

Im Bereich der Stofftrennung durch Adsorption haben wir in jüngster Zeit insbesondere die Auftrennung von Gemischen aus Methan und Kohlendioxid – wie sie beispielsweise in Biogas vorkommen – untersucht. Hierzu wurden in einer Strömungsapparatur mit Festbett-Adsorber unterschiedlich zusammen-gesetzte Gasgemische und verschiedene ausgewählte Adsorbentien aus der Familie der Zeolithe und der MOFs (Metal Organic Frameworks) erprobt. Typische Ergebnisse, wie sie mit dem MOF CuBTC (auch als HKUST-1 bekannt, eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme ist in Abb. 4 gezeigt), erzielt wurden, sind in Abb. 5 dargestellt: Der Wertstoff Methan wird – je nach Versuchsbedingungen – über längere Zeit durch selektive Adsorption vom Kohlendioxid befreit und kann dann in aufkonzentrierter Form für andere Zwecke (z.B. als Brennstoff oder für chemische Synthesen) eingesetzt werden.

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