Kombinatorische Untersuchungen zur heterogen katalysierten Methanolsynthese an palladiumhaltigen Mischoxiden

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurden neuartige palladiumhaltige Mischoxide über den Sol-Gel-Prozess synthetisiert und in einer kombinatorischen Studie auf ihre katalytischen Eigenschaften für die Methanolsynthese getestet. Über die entwickelte Syntheseroute konnten amorphe, homogene palladiumhaltige Mischoxide mit hohen spezifischen Oberflächen und großen Porenvolumina über einen großen Zusammensetzungsbereich synthetisiert werden. Für die kombinatorische Untersuchungen wurde ein Mikroreaktor verwendet, der eine automatisierte sequenzielle Testung von bis zu 10 Katalysatoren bei 235 °C und 30 bar erlaubte. In insgesamt 4 Generationen wurden etwa 100 verschiedene Katalysatoren Methanolsyntheseaktivität getestet, wobei Pd5Ti95, Pd5Y10Zr85 und Pd5Zr10Ce85 als vielversprechende neuartige Katalysatoren identifiziert wurden. Obwohl die unerwünschte Methanbildung mit steigender Temperatur stark zunahm, konnten mit diesen Katalysatoren bei 235 °C und 30 bar Methanolausbeuten erzielt werden, die jene von vergleichbaren geträgerten Katalysatoren weit übertrafen. Wenngleich die Aktivitäten der neuen Katalysatoren nicht an die technischer Cu-Katalysatoren heranreichten, sind Anwendungen im Zusammenhang alternativer Synthesegasquellen wie Biogas denkbar, welche große Herausforderungen an die Schwefeltoleranz der Katalysatoren stellen.

Novel Palladium containing mixed oxides were prepared by the sol-gel method and, in a combinatorial approach. Screened for their catalytic activity in methanol synthesis. The developed synthesis strategy allowed for the preparation of amorphous, homogeneous mixed oxides with high specific surface areas and large pore volumes for a large number of element combinations and compositions. For the screening a microstructured reactor was used, which allowed for the automated sequential testing of up to 10 catalysts at 235 °C and 30 bar. In 4 generations about 100 catalysts were screened with Pd5Ti95, Pd5Y10Zr85, and Pd5Zr10Ce85 being promising novel methanol synthesis catalysts. Although the undesired methanation reaction became dominant at high temperatures, the methanol yields of these catalysts at 235 °C exceeded by far those of comparable supported catalysts. Even if the catalytic activities of the novel catalysts could not compare to those of industrial Cu-catalysts, possible applications could arise from the growing demand for renewable syngas feedstocks, posing a challenge to the sulfur tolerance to the applied catalysts.