Das Projekt "Teilprojekt 4: Neue Festkörperphasen I - Synthese und Charakterisierung, gezielte Optimierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bonn, Chemie, Institut für Anorganische Chemie durchgeführt. Im Rahmen des vorliegenden Teilprojekts zu ReAlSelOx sollen neue Festkörperphasen für die selektive Oxidation von Alkanen synthetisiert und kristallographisch charakterisiert werden. Als Zielverbindungen werden einerseits polynäre Phosphate von Vanadium(IV) und Vanadium(V) mit Cr2O3, Fe2O3, CoO, NiO und CuO angestrebt (z. B.: CuV2O2(PO4)2). Als zweite Substanzklasse sollen gemischte Phosphat-vanadate (z. B. Fe(VO)(PO4)2) und Phosphat-molybdate, ebenfalls in Kombination mit den genannten Oxiden, untersucht werden. Zur Synthese und Kristallisation der Zielverbindungen stehen in der Arbeitsgruppe Glaum klassische Hochtemperatursynthesen, chemische Transportreaktionen über die Gasphase und Hydrothermalsynthesen zur Verfügung. Zur Verfolgung des Reaktionsverlaufs bei Hochtemperaturexperimenten wie auch zur Charakterisierung des thermischen Verhaltens der erhaltenen Stoffe sind temperaturabhängige Guinieraufnahmen vorgesehen. Ein Heizkopf für eine Guinierkamera ist Teil dieses Antrags. Zur systematischen Suche nach neuen Verbindungen in Systemen MO/VO2/P2O5, MO/V2O5/P2O5 und M2O3/V2O5/P2O5 sollen die entsprechenden Phasendreiecke bezüglich der Gleichgewichtsbeziehungen geklärt werden. Für die dazu notwendige röntgenographische Charakterisierung zahlreicher Proben stehen image plate Guinierkameras zur Verfügung. Einkristalldiffraktometer, verschiedene elektronenmikroskopische Techniken und Festkörperkernresonanz stehen in Kooperation mit anderen Arbeitsgruppen des Instituts zur Verfügung. Die in der AG Glaum synthetisierten Phasen sollen durch Zusammenarbeit mit BASF SE und HTE bezüglich ihrer katalytischen Eigenschaften untersucht werden. Für besonders erfolgversprechende Kandidaten ist deren eingehende Charakterisierung am FHI geplant. Wissenschaftliche Erkenntnisse und Ergebnisse werden publiziert und in Dissertationen dokumentiert. Veröffentlichung und Patentanmeldung werden gemäß des rechtlichten Rahmens und in Absprache mit den Kooperationspartnern erfolgen.
Das Projekt "Teilprojekt 1: Koordination, Hochskalierung, Katalysatorstrukturierung und -testung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von BASF SE durchgeführt. Identifizierung und Erarbeitung einer neuen, überlegenen Generation von Heterogenkatalysatoren zur hochselektiven, ressourceneffizienten, Selektivoxidation von kurzkettigen Alkanen zu chemischen Grundprodukten am Anfang weitverzweigter Wertschöpfungsketten. Im Fokus: Umwandlung der Erdgasbestandteile n-Butan, Propan und Ethan zu Maleinsäureanhydrid (MSA), Acrolein / Acrylsäure (ACR / ACS) bzw. Essigsäure (HAc). BASF ist Endanwender, Ziele entsprechen wesentlich denen des Gesamtprojekts. Angestrebt ist signifikante Besserstellung gegenüber dem Stand der Technik (+10 Prozent MSA). Teilziele: Identifizierung/Verbesserung prospektiver Phasen, Strukturierung/Hochskalierung. Im Verbundvorhaben werden neue Festkörperphasen hergestellt, hochskaliert, katalytisch evaluiert und anhand der Erkenntnisse zur Strukturchemie der besten Kandidaten unter Reaktionsbedingungen zyklisch optimiert. BASF bildet die Schnittstelle Material/Katalysator. Aufgaben: Hochskalierung und Strukturierung aller Phasen, katalytische Bewertung unter technischen Bedingungen. Zur Synthese werden Fällungen, Hydrothermalsynthesen, Sprühtrocknungen, Kalzinationen ausgelegt. Charakterisierung: Chemische und XRD Analysen, Kontrolle Partikelgröße/Morphologie (BET, SEM/TEM), Stabilitätsmessungen (TG/DTA). Katalytische Bewertung: 2 Technikumsreaktoren, GC-Reaktionsgasanalytik. Als Endanwender könnte BASF die Ergebnisse zügig in ein neues Verfahren umsetzen. Verwertung kann sowohl in eigenen Produktionsanlagen erfolgen (drop-in, neues Verfahren) als auch vermarktet werden (Katalysator, Lizenzvergabe). Grundlage: Umfassende Sicherung der erarbeiteten IP (Stoffe/Katalysatoren/Prozesse). Zeitlicher Horizont: Drop-in Lösung in bestehende Anlangen (z.B. MSA-Prozess) erfordern eine Pilotphase von 1-3 Jahren, damit ist eine Kommerzialisierung nach etwa 3-5 Jahren realistisch. Neue Prozesse erfordern umfangreichere Entwicklung, daher sind entsprechend insgesamt 10 Jahre anzunehmen.
Das Projekt "Verbundprojekt: Entwicklung einer wissensbasierten Optimierstrategie für die Katalysatorentwicklung mit Hochdurchsatzmethoden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Evonik Degussa GmbH durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung von neuen Verfahren zur Optimierung von Katalysator-Kompositionen. Am Beispiel von drei für die chemische Industrie wichtigen Reaktionen sollen Katalysatoren durch Präparation in einem im Rahmen des Projektes zu entwickelnden Hochdurchsatz-Verfahren optimiert und in der jeweiligen Reaktion getestet werden. Die Katalysatoren für die drei Reaktionen unterscheiden sich deutlich in der Komplexität ihrer Herstellung. Im ersten Schritt soll eine Methode zur Herstellung von Mischoxidkatalysatoren mittels Fällung im Hochdurchsatz-Maßstab entwickelt werden. Aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen sollen weitere Verfahren für Tränk- bzw. Schalenkatalysatoren entwickelt werden, gefolgt von der Entwicklung einer Hochdurchsatz-Herstellung von Katalysatoren mittels Hydrothermalsynthese. Die Erkenntnisse aus dem Projekt ermöglichen im Erfolgsfall eine beschleunigte Präparation von Katalysatoren. Damit erschließt sich die Möglichkeit einer schnelleren Entwicklung von neuen und/oder verbesserten Katalysatoren und damit gekoppelt eine beschleunigte Optimierung wichtiger industrieller Verfahren hinsichtlich ökonomischer und ökologischer Faktoren.