Neuartiges Verfahren zur Bestimmung der Wasserbeladung von porösen Trägern und geträgerten ionischen Fluiden mittels elektrischer Sensoren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Andreas Jess; Professor Dr.-Ing. Ralf Moos
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik ; Technische Chemie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 274325164

Für die Anwendung geträgerter ionischer Fluide (Ionic Liquids, ILs) ist die Bestimmung ihrer Stabilität hinsichtlich des Massenverlustes durch Verdunstung oder thermische Zersetzung bedeutsam. In dem Ende Oktober 2018 auslaufenden DFG-Projekt der beiden Antragsteller wurde erfolgreich eine hochfrequenzbasierte Methode zur kontaktlosen Detektion des IL-Porenfüllgrades unter Reaktionsbedingungen erarbeitet. Mit dieser Methode ist es möglich, den Massenverlust der IL durch Verdunstung und thermische Zersetzung recht genau zu messen. Dies war auch operando während der Selektivhydrierung von Butadien zu Buten an einem Pd-Katalysator, der mit der ionischen Flüpssigkeit [BMIM][DMP] geträgert wurde, möglich (SCILL-Katalysator, Solid Catalyst with Ionic Liquid Layer). Weiterhin konnte der Porenfüllgrad mittels Impedanzspektroskopie bestimmt und mit der thermischen IL-Zersetzung korreliert werden. In der beantragten Projektfortsetzung sollen die hinsichtlich des Hochfrequenzmessverfarens gewonnenen Erkenntnisse des ersten Projektteils genutzt werden, um auch die Wasserbeladung von porösen Trägern und geträgerten ILs kontaktlos zu bestimmen, da dies nicht nur für die adsorptive Gastrocknung sondern darüber hinaus auch für den Einsatz geträgerter ILs in der Katalyse wichtig ist. Außerdem soll die Wasserbeladung im Festbett hochfrequenzbasiert ortsaufgelöst gemessen werden. Erste Voruntersuchungen bestätigen, dass mit der HF-Messmethodik sowohl die Ad- als auch die Desorption von Wasserdampf an porösen Adsorptionsmitteln sowohl mit als auch ohne IL-Beschichtung operando messbar ist. Ziel des beantragten Fortsetzungsprojektes ist also letztlich die Entwicklung eines neuen elektrischen Messverfahrens zur berührungslosen, ortsaufgelösten und gleichzeitig quantitativen Bestimmung der Wasserdampfbeladung in einem Adsorptionsfestbett. Dabei sollen reines poröses Silica und auch auf Silica geträgerte ILs eingesetzt werden. Die kontaktlose gleichzeitige Bestimmung des Wassergehaltes und des IL-Porenfüllgrades ist ein weiteres Ziel des Fortsetzungsprojektes. Schließlich sollen die gewonnenen Erkenntnisse auch genutzt werden, um den Einfluss von Wasser auf die Aktivität und Selektivität eines SCILL-Katalysatorens zu untersuchen und dabei simultan die Wasserbeladung der IL bzw. des Katalysators zu verfolgen. Hierzu soll bevorzugt die IL [DMIM][DMP] geträgert auf Silica genutzt werden. Als Aktivmetall soll Palladium dienen. Modellreaktion ist wiederum die selektive Hydrierung von Butadien zu Buten. Am Projektende soll ein FE-Modell entstanden sein, das die Hochfrequenz-Signale als Funktion der Eingangsparameter (zeitliche Wasserbeaufschlagung, Temperatur) wiedergibt und das aus den HF-Signalen orts- und zeitaufgelöst die Wasserbeladung ableitet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen