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Synthese von Propylenoxid in der Gasphase an Gold- und Gold-Cobalt-Katalysatoren

Mennemann, Christina (2011)
Synthese von Propylenoxid in der Gasphase an Gold- und Gold-Cobalt-Katalysatoren.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Propylenoxid ist ein wichtiger chemischer Rohstoff für die Herstellung von Polyurethanen und Polyolen. Mit einer Weltjahresproduktion von 7,5 Mio. t gehört es zu den Basischemikalien, weshalb seiner ressourcenschonenden Produktion eine große Bedeutung zukommt. Die bislang industriell etablierten Verfahren wie das Chlorhydrin- und das Wasserstoffperoxidverfahren haben jedoch gravierende umwelttechnische Nachteile. Auf der Suche nach Alternativen fand insbesondere die Gasphasendirektoxidation von Propylen an Goldkatalysatoren mit Hilfe eines H2/O2-Gemisches als Oxidationsmittel großes Interesse, da sie bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen mit sehr mit hohen Selektivitäten abläuft. Dabei stellen bisher jedoch geringe Propylenumsätze, niedrige Wasserstoffeffektivitäten und kurze Katalysatorlaufzeiten eine große Herausforderung dar. Im Rahmen dieser Arbeit wurden daher einige katalysatorseitige Aspekte dieser Reaktion untersucht. Dazu gehörte der Einfluss einzelner Präparationsparameter auf die resultierenden katalytischen Eigenschaften von Au/TS-1-Katalysatoren, die über Cofällung bzw. Auffällung präpariert wurden. Außerdem wurde untersucht, inwieweit die Promotion mit Zweitmetallen eine Möglichkeit darstellt, die elektronischen und strukturellen Eigenschaften der Katalysatoren zu modifizieren und die katalytische Reaktion im gewünschten Sinne zu beeinflussen. Auf diese Weise konnte unter anderem gezeigt werden, dass die Modifizierung eines Au/TS-1-Katalysators mit Cobalt zu einem starken Anstieg der Bildungsgeschwindigkeit von Propylenoxid in der Gasphasenpropylenepoxidierung mit einem H2/O2-Gemisch als Oxidationsmittel führt. Eine detaillierte Untersuchung dieser Au-Co/TS-1-Katalysatoren mit Hilfe von ICP, XPS, TEM, Mikrokalorimetrie und DRIFTS konnte weiterhin zeigen, dass dieser Effekt hauptsächlich durch eine gesteigerte Goldaufnahmefähigkeit des Trägers während der Auffällung erzielt wird. Im Gegensatz zu TiO2-geträgerten Katalysatoren mit ähnlichen Goldgehalten, zeigten die präparierten Au-Co/TS-1-Katalysatoren auch bei niedrigen Reaktionstemperaturen von 125 °C eine außergewöhnliche Stabilität in Bezug auf Desaktivierung, über die bisher nicht in der Literatur berichtet wurde.

Typ des Eintrags: Dissertation
Erschienen: 2011
Autor(en): Mennemann, Christina
Art des Eintrags: Erstveröffentlichung
Titel: Synthese von Propylenoxid in der Gasphase an Gold- und Gold-Cobalt-Katalysatoren
Sprache: Deutsch
Referenten: Claus, Prof. Dr. Peter ; Vogel, Prof. Dr.- Herbert
Publikationsjahr: 7 Februar 2011
Ort: Darmstadt
Datum der mündlichen Prüfung: 7 Februar 2011
URL / URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-24741
Kurzbeschreibung (Abstract):

Propylenoxid ist ein wichtiger chemischer Rohstoff für die Herstellung von Polyurethanen und Polyolen. Mit einer Weltjahresproduktion von 7,5 Mio. t gehört es zu den Basischemikalien, weshalb seiner ressourcenschonenden Produktion eine große Bedeutung zukommt. Die bislang industriell etablierten Verfahren wie das Chlorhydrin- und das Wasserstoffperoxidverfahren haben jedoch gravierende umwelttechnische Nachteile. Auf der Suche nach Alternativen fand insbesondere die Gasphasendirektoxidation von Propylen an Goldkatalysatoren mit Hilfe eines H2/O2-Gemisches als Oxidationsmittel großes Interesse, da sie bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen mit sehr mit hohen Selektivitäten abläuft. Dabei stellen bisher jedoch geringe Propylenumsätze, niedrige Wasserstoffeffektivitäten und kurze Katalysatorlaufzeiten eine große Herausforderung dar. Im Rahmen dieser Arbeit wurden daher einige katalysatorseitige Aspekte dieser Reaktion untersucht. Dazu gehörte der Einfluss einzelner Präparationsparameter auf die resultierenden katalytischen Eigenschaften von Au/TS-1-Katalysatoren, die über Cofällung bzw. Auffällung präpariert wurden. Außerdem wurde untersucht, inwieweit die Promotion mit Zweitmetallen eine Möglichkeit darstellt, die elektronischen und strukturellen Eigenschaften der Katalysatoren zu modifizieren und die katalytische Reaktion im gewünschten Sinne zu beeinflussen. Auf diese Weise konnte unter anderem gezeigt werden, dass die Modifizierung eines Au/TS-1-Katalysators mit Cobalt zu einem starken Anstieg der Bildungsgeschwindigkeit von Propylenoxid in der Gasphasenpropylenepoxidierung mit einem H2/O2-Gemisch als Oxidationsmittel führt. Eine detaillierte Untersuchung dieser Au-Co/TS-1-Katalysatoren mit Hilfe von ICP, XPS, TEM, Mikrokalorimetrie und DRIFTS konnte weiterhin zeigen, dass dieser Effekt hauptsächlich durch eine gesteigerte Goldaufnahmefähigkeit des Trägers während der Auffällung erzielt wird. Im Gegensatz zu TiO2-geträgerten Katalysatoren mit ähnlichen Goldgehalten, zeigten die präparierten Au-Co/TS-1-Katalysatoren auch bei niedrigen Reaktionstemperaturen von 125 °C eine außergewöhnliche Stabilität in Bezug auf Desaktivierung, über die bisher nicht in der Literatur berichtet wurde.
Alternatives oder übersetztes Abstract:
Alternatives AbstractSprache

Propylene oxide (PO) is an important chemical feedstock for the production of polyurethanes and polyoles. With an annual output of 7.5 million tons worldwide PO belongs to the group of bulk chemicals; its resource-efficient production process is ecologically significant. Over the last decades propylene oxide has been industrially produced either by the chlorohydrin- or by the hydrogen peroxide process. The serious environmental drawbacks of these processes prompted further research for alternatives. Especially the gold catalysed direct oxidation of propylene in the gas phase by means of a mixture of H2/O2 as oxidant has drawn much attention as it results in high PO-selectivities at relatively low temperatures. However, small conversions, low hydrogen efficiencies and a fast catalyst deactivation pose a challenge so far. This study investigates some catalytic aspects of this reaction, specifically the influence of different preparation parameters on the resulting catalytic properties of the Au/TS-1 catalysts which were prepared by deposition-precipitation and coprecipitation. Furthermore the study explores whether the modification of the Au/TS-1 catalysts with a second metal offers the possibility of modifying the electronic and textural properties of the catalysts and thus controlling the reaction as desired. The modification of Au/TS-1 catalysts with cobalt resulted in a strong increase in the formation rate of propylene oxide in the direct gas-phase propylene epoxidation using a H2/O2 mixture as oxidant. A detailed investigation of these Au–Co/TS-1 catalysts by means of ICP, XPS, TEM, microcalorimetry and DRIFTS revealed that this effect is mainly due to the higher gold uptake during deposition–precipitation. Compared to TiO2-supported gold catalysts with similar metal contents, the Au-Co/TS-1 catalysts showed an extraordinary stability in terms of deactivation at a low reaction temperature of 125 °C that has not been reported in literature before.

Englisch
Freie Schlagworte: Propylenepoxidierung, Gold, TS-1, Au-Co-Katalysator, Cobalt, Promotor, Katalyse
Schlagworte:
Einzelne SchlagworteSprache
propylene epoxidation, gold, TS-1, Au-Co catalyst, cobalt, promoterEnglisch
Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 500 Naturwissenschaften
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 07 Fachbereich Chemie
07 Fachbereich Chemie > Ernst-Berl-Institut > Fachgebiet Technische Chemie > Technische Chemie II
07 Fachbereich Chemie > Ernst-Berl-Institut > Fachgebiet Technische Chemie
Hinterlegungsdatum: 17 Jun 2011 11:10
Letzte Änderung: 05 Mär 2013 09:49
PPN:
Referenten: Claus, Prof. Dr. Peter ; Vogel, Prof. Dr.- Herbert
Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: 7 Februar 2011
Schlagworte:
Einzelne SchlagworteSprache
propylene epoxidation, gold, TS-1, Au-Co catalyst, cobalt, promoterEnglisch
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