Selektive Produktkristallisation als neues Katalysatorrecycling-Werkzeug in der homogenen Übergangsmetallkatalyse am Beispiel der Umsetzung von Oleochemikalien

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Thomas Seidensticker; Privatdozentin Dr.-Ing. Kerstin Wohlgemuth
• Fachliche Zuordnung: Technische Chemie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 424535516

Neue und nachhaltige Wege zu Biopolymeren stehen in Zeiten des globalen Rohstoffwandels stark im Fokus. Speziell Rohstoffe aus natürlichen Fetten und Ölen bergen strukturelle Eigenschaften, die sie für die Herstellung bestimmter, bisher nur petrochemisch zugänglicher Polymere, interessant machen. Die Umwandlung dieser Oleochemikalien in die dafür notwendigen Polymervorstufen gelingt besonders effizient mit Hilfe homogener Übergangsmetallkatalysatoren. Den vielen Vorteilen dieser Form der Katalyse, wie z.B. hohe Selektivität, milde Reaktionsbedingungen und die Reaktionsführung in homogener Phase, steht die kritische Aufgabe der effizienten Trennung von Produkten und Katalysator im Anschluss an die erfolgte Reaktion gegenüber. Eine Trennung ist jedoch hinsichtlich einer ökologisch und ökonomischen Anwendung zwingend erforderlich: Zum einen, um schwermetallfreie Produkte zu erhalten. Zum anderen, um ein Recycling der meist teuren Edelmetallkatalysatoren zu ermöglichen. Für die interessante Stoffklasse der homogenkatalytisch erzeugten Polymervorstufen aus Oleochemikalien ist diese Aufgabe jedoch noch nicht gelöst. Prinzipiell nutzen Verfahren zur Trennung homogener Stoffgemische die unterschiedlichen Molekül-Eigenschaften, z.B. Siedepunkte (Destillation), relative Löslichkeiten (Extraktion) oder auch Molekülgrößen (Nanofiltration). Für die diskutierte Stoffklasse ergeben sich jedoch für die in den etablierten Trennverfahren genutzten Eigenschaften keine ausreichenden Unterschiede zwischen Katalysator und Produkt, weswegen nicht die gewünschte Effektivität bei der Trennung erzielt wird. Daraus resultiert, dass zum jetzigen Zeitpunkt eine Skalierung in den industriellen Maßstab auf Grund der nicht gelösten Trennaufgabe scheitert, obwohl großes Interesse und Potential bereits gezeigt wurde. Eine Trennung auf Grund unterschiedlicher Schmelzpunkte durch Kühlungskristallisation wurde interessanterweise bisher nicht betrachtet.Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens ist es daher, die Kristallisation erstmals als Trenn- und Recyclingverfahren für homogene Katalysatoren zu verwenden und so ihr Potential für die bestehende Trennaufgabe anhand einer Modellreaktion grundlegend aufzuzeigen. Eine interdisziplinäre Herangehensweise ist erforderlich, um die jeweiligen Parameter von Reaktion und Kristallisation optimal aufeinander abzustimmen und gegenseitige Wechselwirkungen frühestmöglich aufzudecken. Nur so gelingt schließlich die Verknüpfung von homogenkatalytischer Reaktion und Kühlungskristallisation, um das Produkt selektiv als reinen Feststoff von der Reaktionslösung abzutrennen. Gleichzeitig verbleibt der homogene Katalysator in Lösung und kann nach erfolgter fest-flüssig-Trennung erneut eingesetzt werden, womit ein Recycling erreicht ist. Diese grundlegenden Untersuchungen dienen dem Fernziel, die homogenkatalytische Synthese dieser wertvollen, nachhaltigen Polymervorstufen in einen effizienten und industriell anwendbaren Prozess integrieren zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen