Dimethylfuran als nachhaltiges Folgeprodukt von 5-Hydroxymethylfurfural – Herstellung und Anwendungen eines biobasierten Lösungsmittels

• Antragsteller: Professor Dr. Martin Muhler
• Fachliche Zuordnung: Technische Chemie ; Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 500519476

Ziel des Projekts DiMeFu ist die weitere Optimierung und die anschließende Hochskalierung eines hochselektiven heterogen katalysierten Prozesses. Im Rahmen eines DFG-Vorgängerprojektes wurde 5-Hydroxymethylfurfural (5-HMF) mittels neuartiger Pd-basierter Katalysatoren geträgert auf N-dotiertem Kohlenstoff und unter milden Reaktionsbedingungen unter Zuhilfenahme von Ameisensäure erfolgreich zu Dimethylfuran (DMF) umgesetzt. In DiMeFu werden folgende Ziele verfolgt:1. Optimierung der Reaktionsbedingungen durch weitere Verbesserung des Katalysators und durch Anpassung der Reaktionsparameter für eine industrielle Produktion von bio-basiertem DMF.2. Validierung der kompletten Prozesskette aus Katalysatorsynthese, Reaktionsführung und Produktaufreinigung in größerem Maßstab.3. Charakterisierung des Produktes DMF hinsichtlich seiner Eigenschaften als Lösungs- und Extraktionsmittel sowie Testung und Etablierung von DMF in der Anwendung bei der Produktion von Naturfarben.Zur Erreichung der Ziele wird das komplette Verfahren der Synthese von Pd-Nanopartikeln auf –NH2 modifizierten Kohlenstoffträgern aus dem Labor in den größeren Maßstab überführt, um über ausreichend Material für die anschließende Synthese zu verfügen. Dann wird nach Vorgaben aus der Laborstudie die Synthese von DMF aus bio-basiertem 5-HMF in einem heterogenkatalytischen Batchprozess vergrößert. Dabei wird besonderer Wert auf die Wahl milder Reaktionsbedingungen sowie auf eine gute Abtrennbarkeit des fertigen Produktes gelegt. Die thermische Aufreinigung des Produktes erfolgt in einem nächsten Schritt. Daran anschließend wird das Produkt charakterisiert und hinsichtlich seiner Einsatzmöglichkeiten als nachhaltiges Lösungs- und Extraktionsmittel spezifiziert sowie in der Anwendung bei der Naturfarbenproduktion erprobt.Ziel des Projektes ist die Etablierung eines Demonstrators, der die komplette Prozesskette abbildet. Dieser beschreibt und verwendet den effektivsten Katalysator für die Synthese von DMF. Ein wesentlicher Bestandteil des Demonstrators ist die Hochskalierung der Katalysatorsynthese und das Lösen der damit verbundenen Probleme, wie zum Beispiel die Gewährleistung einer homogenen Verteilung der katalytisch aktiven Pd-Nanopartikel.Weiterhin wird gezeigt, dass 5-HMF erfolgreich mit Hilfe des in diesem Projekt entwickelten Katalysators unter milden Reaktionsbedingungen (max. 10 bar H2, und unter 160°C) hochselektiv zu DMF umgesetzt wird. Dazu sind die auftretenden Transportprozesse bekannt und die exakten Reaktionsparameter so beschrieben, dass eine weitere Hochskalierung möglich ist. Zuletzt beschreibt der Demonstrator neben der Anwendung von DMF als nachhaltiges Lösungsmittel in der Naturfarben- und Lackherstellung eine Vielzahl weitere Anwendungen, wie als Extraktionsmittel für Naturstoffen oder als Lösungsmittel in organischen Synthesen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: AURO Pflanzenchemie AG
• Mitverantwortlich: Dr. Baoxiang Peng
• Kooperationspartner: Dr. Harald Strittmatter; Ferdinand Vogelgsang