Maßgeschneiderte keramische Katalysatorträgerstrukturen für heterogen katalysierte Reaktionen

• Antragsteller: Professor Dr. Alexander Michaelis
• Fachliche Zuordnung: Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 220242079

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung maßgeschneiderter Katalysatorträger für die Anwendung in Mikroreaktoren, deren innere und äußere Struktur und damit deren Stofftransport- und Druckverlusteigenschaften gezielt durch das Herstellungsverfahren eingestellt werden können. Für dieses Entwicklungsziel eignen sich besonders auf porösen Voll- und Hohlfasern basierende Strukturen, die über das Phaseninversionsverfahren hergestellt werden können. Über die Anwendung dieses Spinnverfahrens zur Herstellung poröser Voll- und Hohlfasern ergibt sich die vielversprechende Möglichkeit auf spezifische Reaktionen maßgeschneiderte Katalysatorträger herzustellen. Maßgeschneidert bezieht sich dabei auf mehrere für diese Anwendung wichtige gezielt beeinflussbare Stellgrößen. So soll im Rahmen des Vorhabens die innere Porosität der Fasern sowie deren Zugänglichkeit durch die Prozessparameter des Spinnprozesses eingestellt werden. Der Nachweis der Beeinflussung der internen Diffusionswiderstände erfolgt über die Messung effektiver Diffusionskoeffizienten. Neben dieser Beeinflussung der internen Stofftransporteigenschaften erlaubt das angewendete Spinnverfahren die Einstellung des Faserdurchmessers, der Faseranordnung und des Lückengrades bei der Herstellung der dreidimensionalen Struktur. Diese Struktureigenschaften sind die entscheidenden Einflussgrößen für externes Stofftransportverhalten und Druckverlust. Für diese Eigenschaften der Katalysatorträgerstrukturen werden in diesem Vorhaben Korrelationen erarbeitet. Anhand dieser kann das Verhältnis von Stofftransport und Druckverlust für die jeweilige Anwendung maßgeschneidert werden. Für die daraus resultierende >Designvorschrift< ist insbesondere der Bereich kleiner Reynoldszahlen von entscheidender Bedeutung, da in diesem theoretische Modelle eine Verschlechterung der Stofftransporteigenschaften vorhersagen. Da eine experimentelle Validierung dieser Modelle bisher nicht zufriedenstellend möglich war, wird im Rahmen des Vorhabens ein Abgleich zwischen Modell und Experiment durchgeführt. Der für die reaktionstechnischen Untersuchungen eingesetzte Differentialkreislaufreaktor erlaubt dies aufgrund seiner Gradientenfreiheit, die eine von axialen Diffusionseffekten freie Messung des Stofftransportverhaltens bei niedrigen Reynoldszahlen ermöglicht. Die im Vorhaben hergestellten, umfangreich charakterisierten maßgeschneiderten Faserstrukturen können im Anschluss für vielfältige Anwendungen in Mikroreaktoren genutzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen