Entwicklung fester saurer Katalysatoren

Immobilisierung von HPAs auf geeigneten Trägermaterialien.

Projektbeschreibung

Säurekatalysatoren spielen eine zentrale Rolle bei der Umsetzung biogener Rohstoffe zu Wertprodukten. Feste Säuren wie Zeolithe und Ionentauscherharze werden häufig eingesetzt, da sie eine einfache Rückgewinnung und Wiederverwendung des Katalysators ermöglichen. Homogene Katalysatoren wie Heteropolysäuren weisen jedoch eine höhere Säurestärke auf und können molekular an die Anforderungen der jeweiligen Reaktion angepasst werden. Trotz dieser Vorteile ist der direkte industrielle Einsatz homogener Säurekatalysatoren in der Produktion von Bulkchemikalien aufgrund wirtschaftlicher Einschränkungen und der schwierigen Katalysatorrückgewinnung bislang begrenzt.

Obwohl wir bereits eine stabile Immobilisierung von Heteropolysäuren auf festen Trägern demonstrieren konnten,^[1] steht derzeit kein kommerzielles Trägermaterial zur Verfügung, das sich für eine großtechnische Katalysatorsynthese eignet.

In diesem Zusammenhang stellen N-dotierte Kohlenstoffmaterialien eine vielversprechende Lösung dar, da sie leicht zugänglich sind und das Leaching der aktiven Phase in der Katalyse mit Nichtedelmetallen verhindern können.^[2]

Im Projekt werden N-dotierte Kohlenstoffe entweder durch nachträgliches Dotieren oder durch direkte Einbindung von Stickstoff während der Herstellung von Aktivkohle hergestellt. Die resultierenden Materialien werden anschließend mit kommerziellen Heteropolysäuren und hydrieraktiven Metallen beladen. Die Katalysatoren werden dann über mehrere Reaktionszyklen unter wässrigen reduktiven Bedingungen getestet, um ihre Aktivität und langfristige Stabilität zu beurteilen.

Repräsentative Anwendungen dieser bifunktionellen Säure/Base–Hydrierkatalysatoren umfassen die einstufige hydrolytische Hydrierung von Xylan zu Xylitol sowie die selektive Dehydroxylierung interner Hydroxylgruppen, beispielsweise bei der Umwandlung von Glycerin zu 1,3-Propandiol und von 1,2,6-Hexantriol zu 1,6-Hexandiol.