Untersuchung nachhaltiger katalytischer Prozesse mittels Gasphasen-Raman-Spektroskopie

MOTIVATION

Die chemische Industrie zählt weiterhin zu den weltweit größten industriellen Energieverbrauchern und ist ihrer energieintensiven Prozesse sowie ihrer starken Abhängigkeit von fossilen Kohlenwasserstoffen der Hauptquellen direkter industrieller CO₂‑Emissionen. Ein nachhaltigerer Ansatz besteht darin, fossile Rohstoffe durch biobasierte Moleküle zu ersetzen und energieeffizientere Reaktionen zu entwickeln, die häufig auf heterogener Katalyse beruhen. Ein Beispiel hierfür ist die oxidative Dehydrierung von (Bio-)Ethanol über Eisen‑Molybdat‑Katalysatoren, die eine nachhaltige Alternative zur großtechnischen Herstellung von Acetaldehyd mittels des homogenen Wacker‑Höchst-Prozesses darstellt.

METHODE

Da in der Grenzschicht oberhalb des festen Katalysators entscheidende Transportprozesse und kinetische Wechselwirkungen stattfinden, müssen die Gasphasenkonzentrationen und Temperaturen in dieser Schicht genauer untersucht werden, um die stattfindenden Reaktionen genauer charakterisieren zu können.

Mittels unseres neuartigen Dual‑Track‑Raman‑Spektrometers werden die lokale Gasphasenzusammensetzung und Temperatur in einem - in studentischen Arbeiten entwickelten- katalytischen Strömungskanal gemessen. Um ein umfassenderes Verständnis der komplexen Wechselwirkungen zwischen Gasphase, Transport und Oberflächenchemie zu schaffen, kommen neben den Gasphasenmessungen auch (sub-)oberflächensensitive Techniken wie Festkörper‑Raman‑Spektroskopie und Infrarot‑Thermografie der Katalysatoroberfläche zum Einsatz.