Kombinatorische und konventionelle Untersuchungen zu neuen Katalysatoren für die Deacon-Reaktion

Abstract

Für die Hochdurchsatztestung von heterogenen Katalysatoren unter korrosiver Atmosphäre wurde die emissionskorrigierte IR-Thermographie modifiziert. Am Beispiel der Deacon-Reaktion (4 HCl + O2 ⇌ 2 Cl2 + 2 H2O) wurden die Vor- und Nachteile der IR-Thermographie gegenüber Mehrfach-Reaktorsystemen bei der Untersuchung von korrosiven Reaktionen diskutiert. In der kombinatorischen Suche von neuen Katalysatoren für die Deacon-Reaktion wurden zwei Strategien verfolgt. Ein Ansatz basierte auf der Kombination von zwei Elementen zu einem binären Mischoxid, bei der die eine Komponente die exotherme Bildung des Metallchlorides begünstigt, während die andere die endotherme Cl2-Freisetzung katalysiert. In einem weiteren Ansatz war der Ausgangspunkt die hochdiverse Dotierung von Oxiden in der Rutil-Kristallstruktur. Daneben wurde das Korrosionsverhalten von binären Mischoxiden in chlorhaltiger Atmosphäre untersucht. Dabei korrelierte das Korrosionsverhalten der Mischoxide mit dem der jeweiligen einzelnen Metalloxide. Nach der Testung von insgesamt 750 Materialien wurden die drei Leitzusammensetzungen entdeckt: Zr-Si-Ce, Nb-Cu-Ti und Zr-Ru-Co. Der Einfluss der Prozessbedingungen, wie z. B. des Sauerstoffpartialdrucks auf die Katalysatorstandzeit und -aktivität wurde am Beispiel des Nb1Cu10Ti89 untersucht.

The emissivity corrected IR-thermography was modified for the high throughput testing of heterogeneous catalysts under corrosive conditions. The advantages and disadvantages of the IR-thermography compared with a multi reactor setup were discussed by using the Deacon reaction (4 HCl + O2 ⇌ 2 Cl2 + 2 H2O) as an example. Two approaches for the combinatorial search of new catalysts for Deacon Reaction were applied. In the first approach two elements were combined to form a mixed metal oxide. One element was used to promote the metal chloride formation whereas the second element catalyses the chlorine evolution. The second approach was based on the high diverse doping of oxides with rutile structure. The corrosion of binary mixed metal oxides was also tested under chlorinating conditions. A correlation of the corrosion properties from the mixed metal oxide and the corresponding single metal oxide could be seen as well. After the testing 750 materials three positive hits were found: Zr-Si-Ce, Nb-Cu-Ti and Zr-Ru-Co. Further the effect of process conditions such as oxygen partial pressure on catalyst life time and activity was investigated on Nb1Cu10Ti89.