Bimetallische Nickel Katalysatoren

• Antragsteller: Privatdozent Dr.-Ing. Martin Seipenbusch
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik ; Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 275496690

Bimetallische Nanopartikeln sind aufgrund ihrer vor allem im Bereich der Katalyse interessanten Eigenschaften in den letzten Jahren in den Fokus der Forschung gerückt. Die Zulegierung eines weiteren Metalls gibt für viele wirtschaftlich wichtige Prozesse die Möglichkeit die Aktivität und Selektivität sowie die Langzeitstabilität deutlich zu verbessern. In diesem Zuesammenhang ist das Ziel des vorgeschlagenen Projekts die Prüfung der Hypothese eines zweiparametrigen Optimums der Legierungszusammensetzung und der Partikelgröße für die katalytische Aktivität und die Desaktivierungsresistenz für Ni-Cu und Ni-Fe.Als repräsentative Testreaktion wurde die Methanisierung von Kohlenmonoxid ausgewählt, welche in vielen technischen Prozessen eine wichtige Rolle spielt, wie beispielsweise in der Fischer-Tropsch-Synthese oder der Ammoniak-Synthese vorgeschaltet zum Schutz des Eisenkatalysators vor Desaktivierung durch CO [21]. Als Legierungselemente wurden Cu und Fe ausgewählt, da diese bereits vielversprechende Ergebnisse in früheren Studien gezeigt haben. Um dieses Ziel zu erreichen, ist die Untersuchung der Anfangsaktivität und des Desaktivierungsverhaltens von Ni-Cu- und Ni-Fe-Katalysatoren von hochdefinierter Zusammensetzung und Partikelgröße erforderlich. Für die Untersuchungen der katalytischen Eigenschaften sowie des Desaktivierungsverhaltens der legierten Ni-Partikeln ist eine Reihe von Einflussgrößen zu beachten. Diese sind die Legierungszusammensetzung, Partikelgröße, Reaktionstemperatur, Reaktionsdauer und die Gasphasenzusammensetzung. Alle drei Zielgrößen, die katalytische Aktivität für die gewünschte Reaktion, die Kinetik der Verkokung sowie das Sinterverhalten, sind der Erwartung nach mehr oder weniger stark von den Einflussgrößen abhängig. Eine anfängliche Reduktion der Versuchsmatrix ist daher notwendig, um die Anzahl der erforderlichen Experimente überschaubar zu halten. Basierend auf vorangegangenen Arbeiten wird daher zunächst die Gasphasenzusammensetzung der Eduktgase der katalytischen Reaktion konstant gehalten. Die katalytische Aktivität des frischen Katalysators soll in Abhängigkeit von der Kupfer- bzw. Eisenkonzentration in nickelbasierten Legierungspartikeln charakterisiert werden. Der Einfluss der Partikelgröße wird dabei gesondert betrachtet, indem Partikeln gleicher Zusammensetzung aber variabler Größe untersucht werden. Dies wird durch die Steuerbarkeit der Partikelgröße im Funkensynthese-Prozess erreicht, und kann über die Klassierung der Partikeln im gasgetragenen Zustand weiter verfeinert werden bis nahe an die Monodispersität.Der Verlust der katalytischen Aktivität mit fortschreitender Reaktionsdauer wird für die beiden dominanten Mechanismen, das Partikelwachstum und die Verkokung, getrennt untersucht, was mithilfe von Aerosolverfahren möglich ist. Auch hier werden die Parameter Zusammensetzung und Partikelgröße separat in ihrem Einfluss auf die Vorgänge betrachtet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen