SKY - Technologieplattform "Schaltbare KatalYsatoren für Flüssigphasenprozesse"

 

Ziel ist es, eine neue Technologieplattform für Katalysatoren und katalytische Flüssig­phasen­prozesse auf der Basis stimuli-schaltbarer Polymere zu schaf­fen, die folgende Vorteile auf­weist: Erhöhung der Materialeffizienz der Pro­zesse durch Rezyklierung kom­plexer teurer Kata­lysatoren inklusive der Edel­metalle auf Basis des schaltbaren Aggregatzustandes, Erhö­hung der Raum­zeitausbeuten durch lösemittelarme Prozess­füh­rung, sichere Prozess­füh­rung bei stark exothermen katalytischen Prozes­sen durch selbstab­schaltende Kata­lysatoren.

Katalysatoren auf Basis stimuli-schaltbarer Polymere sind Systeme, deren Aggre­gatzustand und damit einhergehend, deren Aktivität mittels definiert einstell­barer Reaktions­parameter (z. B. Temperatur) schlagartig geändert („geschaltet“) werden können. D. h. im „Arbeitsmodus“ liegen sie gelöst als hochaktive und selektive Katalysatoren vor, während sie im „abgeschalteten Modus“ zu festen Phasen mit weitgehend unzugänglichen katalytischen Zentren werden. Solche  stimuli-schaltbare Katalysatoren sind im Bereich der an­gewandten Katalyse als neue Reaktions­klasse zu betrachten, die im Erfolgsfall der hochselektiven Metall­komplexkatalyse einen neuen Anwendungsschub verleihen könnte. Damit sollen folgende Potentiale zur Verbesserung der Ressourceneffizienz chemischer Verfahren im Bereich der Spezial- und Feinchemie zu adressieren:

  • Minimieren von Nebenprodukten durch den Einsatz hochselektiver Metall­komplex­katalysatoren
  • Erhebliche Kostenreduktion und Materialeffizienz der Prozesse durch Rezyklie­rung komplexer teurer Katalysatoren inklusive Liganden und  Edel­metalle auf Basis ihres schaltbaren Aggregatzustandes (Einsparung von Entsorgungskosten der verbrauchten Kataly­satoren und Energiekosten beim Refining des verbrauchten Edelmetalls)
  • Erhöhung der Raumzeitausbeuten und Materialeffizienz durch lösemittelarme Prozessführung auf Basis stimuli-schaltbarer Katalysatoren, da sich diese einfach mittels Filtration von der Produktlösung abtrennen lassen und aufwändige Extraktionsverfahren entfallen. Dieser Aspekt führt zu einer Reduzierung der atmosphärischen Belastung durch flüchtige orga­nische Stoffe und zu einer beträchtlichen Energieeinsparung, da Trenn­operationen (Lösungsmittel/Produkt) und Reinigungs- oder Produktions­schritte für die eingesetzten Lösungsmittel minimiert werden.
  • Weitere Erhöhung der Raumzeitausbeute auch im Vergleich zu konventio­nellen heterogen-katalysierten Prozessen, da die stimuli-schaltbaren Kata­lysa­toren quasi als ho­mo­gene Katalysatoren eingesetzt werden, d. h. es wird ein optimale Wechselwirkung zwischen der Reaktantenlösung und den katalytisch aktiven Zentren gewährleistet, ohne zusätzliche aktivitäts-minder­nde Diffusionsbarrieren zu schaffen, wie sie in der Phasen­transfer­katalyse oder der heterogenen  Katalyse auftreten.
  • Sichere Prozessführungbei stark exothermen katalytischen Pro­zessen durch selbst­­abschaltende Katalysatoren: Katalytisch funktionalisierte stimuli-schalt­bare Polymere, die eine sogenannte LCST (lower critical temperature) aufweisen, senken ihre Löslichkeit schlagartig oberhalb dieser kritischen Tem­peratur und fallen als Feststoff aus. Dieser Übergang vom gelösten bzw. kolloidal dispergier­ten Zu­stand in den festen Zustand ist mit einer deutlichen Verringerung der kata­ly­tischen Aktivität verbunden. Reaktion und die weitere Wärmeerzeugung werden so gestoppt, das Durch­gehen des Reaktors wird unterbunden.

 

Poster des Projektes (Sept. 2014)


Koordinator: Dr. Dorit Wolf, Evonik Industries AG, Hanau

Projektpartner (Karte):

  • Evonik Industries AG - Inorganic Materials - Catalysts - Research & Development
  • DWI an der RWTH Aachen e.V.
  • Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen - Institut für Anorganische Chemie

Laufzeit: 01.08.2013 bis 31.07.2016

FKZ: 03X3588A