Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung hochaktiver, selektiver und stabiler zeolithischer Redoxkatalysatoren für die selektive Reduktion von Stickstoffoxiden mit Ammoniak. Zu diesem Zweck werden durch Kombination katalytischer Untersuchungen mit Studien zur physikochemischen Charakterisierung von Aktivkomponente und Matrix (Methoden: EPR, ferromagnetische Resonanz (FMR), Mößbauerspektroskopie, EXAFX, XPS, ISS, UV-Vis, IR, Raman, XRD) gesicherte Erkenntnisse über die erforderliche Struktur der Redoxkomponente und der zeolithischen Matrix erarbeitet, die in verbesserte Präparationsstrategien für eine neue Katalysatorgeneration umgesetzt werden. Bezüglich der Strukturierung der Übergangsmetallkomponente ist durch Kombination katalytischer mit spektroskopischen Techniken zwischen der Wirkung isolierter Ionen auf Kationenplätzen sowie intra- bzw. extra-zeolithischer Oxidaggregate zu differenzieren, wobei dem Beweis der katalytischen Relevanz von Spezies über spektroskopische in situ-Studien (EPR, UV-Vis, Raman, EXAFS) besondere Bedeutung zukommt (1.-3. Jahr).
Die selektive katalytische Reduktion von NOx mittels H2 (H2-SCR) hat in jüngster Zeit immer mehr Aufmerksamkeit für die NOx-Entfernung auf sich gezogen. Für die H2-SCR wurden bisher zahlreiche Katalysatoren hauptsächlich auf Basis von platinbeschichteten Metalloxiden entwickelt, die auch bei Temperaturen unter 150 °C eine hohe Aktivität zeigen, jedoch auch eine hohe Selektivität für die Bildung von umweltschädlichem Lachgas (N2O). Die literaturbekannten Mischmetalloxide (Pt/Mg(Ni)Al-Oxide) sind aktive Katalysatoren für die Reduktion von NOx während der H2-SCR, mit einer Light-off-Temperatur von 160 °C und einer N2-Selektivität größer als 50%. Aus diesem Grund sollen neuartige, hoch redoxaktive Mischmetalloxid-Katalysatoren auf der Basis von Mn(Fe)Ce-Mg-Al-Oxiden mit gleichbleibender, geringer Beladung an Edelmetallen (kleiner als 0,5 Gew.-% Pd) und Übergangsmetalloxiden (kleiner als 1 Gew.-% V oder W) zum Finetuning der erforderlichen Aktivität, Selektivität und Stabilität entwickelt werden. Die breite Palette an Methoden zur Herstellung und physikalisch-chemischen Charakterisierung von Mischmetalloxiden ermöglicht die Beschreibung ihrer strukturellen, texturellen und Redox-Eigenschaften sowie die Bestimmung der aktiven Spezies, die an der H2-SCR beteiligt und für sie wesentlich sind. Das Teilprojekt sieht redoxaktive Katalysatormaterialien vor, die in Kombination mit einer Promotorbeschichtung des Projektpartners Forschungszentrum Jülich (IEK-1) bei der gewünschten Betriebstemperatur von ca. 120 °C einen hohen NOx-Umsatz aufweisen. Die Bildung von Lachgas sollte so weit wie möglich verhindert werden. Im nächsten Arbeitsschritt wird ein Wissenstransfer stattfinden, damit der Projektpartner Ibu-Tec das Verfahren zur Katalysatorpulversynthese im industriellen Maßstab umsetzen und damit ausreichende Mengen des Katalysators für die Herstellung der ersten Prototyp-Katalysatoren durch den Projektpartner INTERKAT zur Verfügung stellen kann.
Die anthropogene Verbreitung der Edelmetalle durch die Nutzung vornehmlich als Katalysator in der chemischen Industrie und in Kraftfahrzeugen hat bereits zu messbaren Veraenderungen der Edelmetallgehalte in Umweltproben gefuehrt. Ein systematischer Ueberblick ueber die Veraenderungen und deren Auswirkungen auf Lebewesen ist noch nicht machbar, da zu wenige Untersuchungen vorliegen. Fuer das Element Platin sind, zumindest fuer die Verbreitung in der Umwelt, einige Aussagen verfuegbar. Fuer die Metalle Palladium, Rhodium und Iridium sind Untersuchungen nur ansatzweise zu finden. Praktisch keine Aussagen sind ueber die Bindungszustaende zu erhalten. Angaben ueber die vorkommenden Metallspezies sind aber fuer die Kenntnis der Wirkungsmechanismen dieser Metalle auf Lebewesen wichtig. Ziel des Projektes ist die Charakterisierung von Umweltproben, speziell biologischer Proben, bezueglich ihrer Gehalte an Edelmetallen und deren Spezies.
Ziel: Erfassung der inneren Belastung von Personen mit unterschiedlicher Exposition gegenüber Platin (Umwelt, Arbeitsplatz, Krebstherapie). Methodik: Bestimmung der Platinkonzentration in Urinproben mittels Voltammetrie. Ergebnisse: Da das Edelmetall Platin ubiquitär vorhanden ist, sind auch im menschlichen Körper entsprechende Spuren vorhanden. Neben Getränken und Nahrungsmitteln kann Platin vor allem durch platinhaltige Goldlegierungen aufgenommen werden. Eine Aufnahme über die Atmung durch platinhaltige Autoabgase (Abrieb aus Dreiwegekatalysator) tritt zwar auf, ist aber aufgrund der niedrigen Luftkonzentrationen (5 - 50 pg/m3) sehr gering. In der Arbeitsmedizin gibt es schon seit 70 Jahren Berichte über Sensibilisierungen. Um diese Gefährdung besser zu erfassen, eignet sich die Bestimmung der Platinkonzentration im Urin besser als umfangreiche Luftmessungen. In der Chemotherapie werden die Platinverbindungen Cisplatin und Carboplatin eingesetzt, wobei die Urinausscheidung von Patienten - auch 8 Jahre nach der letzten Therapie - noch 500-fach über dem Median der Normalbevölkerung liegt.
Die homogene Übergangsmetall-Katalyse hat durch ihre hohe Selektivität und Effizienz zunehmende Bedeutung für die Produktion von Bulk- und Feinchemikalien erreicht. Voraussetzung ist dabei das Recycling der wertvollen Edelmetall-Katalysatoren. Hierfür hat sich die Flüssig-flüssig-Zweiphasentechnik, bei der sich der Katalysator und das Produkt in getrennten flüssigen Phasen befinden, auch im industriellen Einsatz bewährt. Ihre Anwendung erfordert allerdings eine ausreichende Löslichkeit der Edukte in der den Katalysator enthaltenden Phase. Eine universellere Anwendbarkeit soll in diesem Forschungsprojekt erzielt werden durch Methoden, die die Reaktion zunächst in einer gemeinsamen Phase und dann durch Temperatur-Absenkung die Trennung von Produkt und Katalysator ermöglichen. Aus der Literatur ist die 'Thermoregulierte Phasentransferkatalyse' bekannt, bei der die starke Temperaturabhängigkeit der Löslichkeit eines Katalysators mit speziellen Liganden genutzt wird. Durch eigene Vorarbeiten bestehen Erfahrungen mit Lösungsmittelsystemen, die sich durch Temperaturänderung in zwei Phasen trennen lassen. Ziel ist die Kombination dieser Methoden, um sowohl eine hohe Reaktivität als auch eine gute Abtrennung des Katalysators durch Optimierung der Liganden und des Lösungsmittelsystems zu erreichen. Als Reaktionen sind zunächst Hydroformylierungen, Oligomerisierungen, Hydrierungen und Hydrosilylierungen mit Petrochemikalien sowie mit Fettstoffen als Beispiele für nachwachsende Rohstoffe geplant.