Metathese von Ethylen mit 2-Butenen an WOx-, MoOx- und ReOx-basierten Katalysatoren: Verständnis der Grundlagen der Katalysatorwirkungsweise

• Antragstellerin: Dr. Tatiana Otroshchenko
• Fachliche Zuordnung: Technische Chemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 414641548

Die Metathese von Ethylen mit 2-Butenen zu Propen ist ein großtechnischer Prozess, bei dem WOx- (und selten MoOx- und ReOx-) basierte Katalysatoren zusammen mit einem Co-Katalysator (MgO) eingesetzt werden. Trotz der Tatsache, dass diese Reaktion von Wissenschaft und Industrie gründlich untersucht wurde, gibt es immer noch viele grundlegende Fragen zur Wirkungsweise der Katalysatoren. Ihre Aufklärung dient als Grundlage für das Katalysatordesign und die Identifizierung der Reaktionsbedingungen, die für eine optimale Propenbildung erforderlich sind. Um diese Lücke zu schließen, soll das aktuelle Projekt i) Grundlagen für die Entwicklung von aktiven und stabilen Katalysatoren für die Metathese von Ethylen mit 2-Butenen liefern, ii) optimale Bedingungen für den Katalysatorbetrieb identifizieren und iii) Struktur-Reaktivitätsbeziehungen ableiten. Um die Projektziele zu erreichen, wird eine Reihe von WOx-, MoOx- und ReOx-basierten Katalysatoren mit einer wohldefinierten MOx-Struktur (M = W, Mo oder Re) synthetisiert und durch komplementäre Techniken charakterisiert. Die Katalysatoren werden in der Metathese von Ethylen mit trans-2-Buten unter stationären und transienten Bedingungen getestet. Der Einfluss verschiedener Faktoren auf die Menge der in situ gebildeten aktiven Spezies (Metallcarbene) soll aufgeklärt werden. Diese Faktoren sind z.B. die Dispersion von MOx-Spezies, die Art des Trägermaterials, das Vorhandensein von Reduktionsmitteln im Eduktstrom oder Metathese-inaktive Co-Katalysatoren, wobei beide als Promotoren eingesetzt werden und die Katalysatorvorbehandlung. Operando-Tests (IR, Raman, UV-vis) werden durchgeführt, um die Veränderungen der Katalysatorzusammensetzung und -struktur der MOx-Spezies während der Vorbehandlung und der Metathesereaktion zu erforschen. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse sollen für ein wissensbasiertes Design verbesserter Katalysatoren sowie für die Erarbeitung von Strategien für einen effektiven Katalysatorbetrieb einschließlich des Vorhandenseins von Gasphasen- und Feststoffpromotoren genutzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China, USA
• Kooperationspartner: Professor Dr. Guiyuan Jiang; Professor Israel Ephraim Wachs, Ph.D.