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Hydrierreaktionen in katalytisch aktiven Porenmembranen in einem Schlaufenreaktor

Haidar, Rami

Die Verwendung einer katalytisch aktiven Porenmembran ist ein viel versprechender Ansatz zur Steigerung von Selektivität und Umsatz bei katalysierten Folgereaktionen. Bei diesem Konzept wird ein Katalysator auf geeignete Weise in der porösen Membran immobilisiert. Die dabei verwendeten Membranen müssen nicht permselektiv sein. In der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren zur Herstellung von hochporösen Membranen aus vernetzten Polyacrylsäuredispersionen aufzeigt. Durch die Vernetzung von Dispersionen unterschiedlichen Polyacrylsäureanteils wird die Porosität und Permeabilität der Membran stark beeinflusst. Eine katalytische Aktivität der Membranen wird erhalten, wenn in der porösen Membran Palladium-Nanopartikel immobilisiert werden. Die katalytischen Eigenschaften der Membran sind stark von der Porosität und dem Metallgehalt abhängig. Am Beispiel der partialen Hydrierung von Cyclooctadien zu Cycloocten in Flüssigphase werden die katalytischen Eigenschaften der Membranen in einem Schlaufenreaktor untersucht. Dafür wurde eine Apparatur entworfen und aufgebaut und die zeitlichen Änderungen des Umsatzes und der Selektivität gemessen. Die Bestimmung der kinetischen Konstanten erfolgte durch eine Anpassung des Geschwindigkeitsgesetzes an diese Messdaten mit Hilfe einer numerischen Integration. Das Geschwindigkeitsgesetz ist erster Ordnung bezüglich der Konzentrationen von Wasserstoff und Cyclooctadien. Die Geschwindigkeitskonstanten k1, k2 sind bei dieser Reaktionsführung 1,33 l.mol-1.s-1 und 0,041 l.mol-1.s-1. Wobei ist. Die Spezifische Stofftransporteigenschaft der untersuchten Membranen mit Porenradius von 130 nm bis 380 nm ist für die erzielten hohen Selektivitäten verantwortlich. Der Stofftransport erfolgt in der Membran hauptsächlich konvektiv. Dadurch wird Rückvermischung durch Diffusion vermieden und ein schneller Abtransport der Produkte stellt eine Selektivität von über 85 % sicher.