Wissenschaftsbasierte Entwicklung von neuen mesoporösen graphitischen Kohlenstoffen als Katalysatoren für die oxidative Dehydrierung von Alkoholen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bastian Etzold
• Fachliche Zuordnung: Technische Chemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 323078467

Katalysatoren spielen eine zentrale Rolle für eine nachhaltige Chemische Industrie. Ein weiterer Schritt zu grünen Prozessen kann somit maßgeblich durch Neuentwicklungen katalytischer Systeme erfolgen. In den letzten 20 Jahren konnte gezeigt werden, dass rein kohlenstoffbasierte Materialien eine interessante Alternative zu Metall(oxid)-Katalysatoren darstellen. Insbesondere Kohlenstoffnanomaterialien erzielten attraktive Selektivität und Aktivität im Bereich der oxidativen Dehydrierung (ODH) von Ethylbenzol und Alkanen.Für die industrielle Applikation beinhalten diese Nanomaterialien jedoch Nachteile hinsichtlich ihrer Synthese im größeren Maßstab oder unklarer gesundheitlicher Risiken. Mit karbidabgeleiteten Kohlenstoffen konnten wir kürzlich erfolgreich mesoporöse und graphitische Materialien herstellen, die eine äquivalente Katalysatorleistung zu Nanomaterialien erzielten. Basierend auf diesen Erkenntnissen soll in diesem Projekt ein neuer Syntheseweg für mesoporöse, graphitische Kohlenstoffkatalysatoren betrachtet werden, der nicht auf der teuren und umweltschädlichen Umwandlung von Karbiden mit Chlor beruht. Die neue Route basiert auf dem Vakuumtempern von Aktivkohle (AC), was in Vorarbeiten erfolgreich zu mesoporösen, graphitischen Kohlenstoffen führte. Die AC selbst kann dabei von nachhaltigen Quellen, wie z.B. Holz, Kokosnuss, Torf oder Agrarabfällen abstammen. Um in Zukunft über diesen Syntheseweg gezielt die Eigenschaften des Katalysators einzustellen, sollen im Rahmen dieses Projekts die Einflüsse der eingesetzten AC, der Temperbedingungen und des Zusatzes von Graphitisierungsmetallen auf die resultierende Kohlenstoffstruktur untersucht werden.Weiterhin werden diese neuen Kohlenstoffe in ihrer Anwendung als Katalysator für die ODH von Alkoholen zu Aldehyden untersucht. Diese Reaktion ist von Interesse, da Alkohole u.a. ein großes Potential als zukünftige nachhaltige Rohstoffquellen bieten und sie z.B. durch Fermentation von Biomasse gewonnen werden können. Die Gewinnung von Aldehyden durch die ODH dieser Alkohole würde eine Brücke zu technisch bedeutenden Intermediaten darstellen. Dieses Projekt befasst sich aus diesem Grund mit dem Einsatz mesoporöser, graphitischer Kohlenstoffe als Katalysator für die ODH von Alkoholen. Die wenigen verfügbaren Berichte zur ODH von Alkoholen an Kohlenstoffen zeigen bereits das Potential dieser Materialien als neue Katalysatoren.Um über den Syntheseprozess zielgerichtet die Materialeigenschaften einstellen zu können, sollen hier grundlegende Erkenntnisse über die Zusammenhänge von Alkohol-Substrat- und Kohlenstoffeigenschaften auf die Katalysatorleistung abgeleitet werden. Die Forschung umfasst somit Aspekte der Materialsynthese, kinetischen Charakterisierung und Aufklärung von Katalysemechanismen, wobei es die deutsch-chinesische Zusammenarbeit in hervorragender Art und Weise ermöglicht diese Aspekte gemeinsam zu betrachten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Wei Qi