Das zunehmende Wissen über die Natur und den Verlauf heterogen katalysierter Reaktionen führt im Hinblick auf die fortwährende Optimierung technisch‐chemischer Prozesse zum Einsatz von besseren und immer effizienteren Katalysatoren und Reaktionstechniken. Dabei kommt es sowohl darauf an, die Raum-Zeit-Ausbeute bekannter Reaktionssysteme zu erhöhen, als auch die Anzahl von Prozessschritten durch die Kombination bisher separat verlaufender Reaktions‑, Transport- oder Trennungsschritte im Makro- und Mikromaßstab zu verringern. Als Folge dieser Maßnahmen erhält man ein Reaktionssystem mit multifunktionalen Eigenschaften, wobei die angestrebte Prozessintensivierung auf mehreren Ebenen ansetzen kann. Da die Geschwindigkeit, mit der eine Reaktion abläuft, die Energie, die dabei umgesetzt wird, und die Fähigkeit, eine gewünschte Leistung zu erreichen, signifikant von der Katalysatorleistung abhängt, ist es möglich, bereits auf molekularer Ebene durch ein gezieltes Design der Multifunktionalität eines Katalysators zu gewünschten Prozessvorteilen zu gelangen. Das Paradebeispiel hierfür ist die im Kap. 12 beschriebene bifunktionelle Katalyse, die darauf beruht, dass der Katalysator über eine Doppelfunktion verfügt. Beispielsweise enthält ein Katalysator für das Reforming‐Verfahren hydrier-/dehydrieraktive metallische Zentren sowie isomerisierungsaktive acide Zentren. Seine bifunktionelle Wirkung kann der Katalysator jedoch erst entfalten, wenn eine enge Nachbarschaft zwischen diesen beiden Zentrenarten gewährleistet ist. Das bedeutet, dass nur durch die unmittelbare Kombination der Hydrier-/Dehydrier- und der Isomerisierungsprozesse in einem einzelnen Katalysatorteilchen Synergieeffekte entwickelt werden, die den Gesamtprozess überhaupt erst ermöglichen. Anderenfalls kann dieselbe Leistung nur durch den Einsatz von zusätzlichen und teuren Prozessausrüstungen erzielt werden.

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Multifunktionalität in der heterogenen Katalyse

  • Wladimir Reschetilowski

摘要

Das zunehmende Wissen über die Natur und den Verlauf heterogen katalysierter Reaktionen führt im Hinblick auf die fortwährende Optimierung technisch‐chemischer Prozesse zum Einsatz von besseren und immer effizienteren Katalysatoren und Reaktionstechniken. Dabei kommt es sowohl darauf an, die Raum-Zeit-Ausbeute bekannter Reaktionssysteme zu erhöhen, als auch die Anzahl von Prozessschritten durch die Kombination bisher separat verlaufender Reaktions‑, Transport- oder Trennungsschritte im Makro- und Mikromaßstab zu verringern. Als Folge dieser Maßnahmen erhält man ein Reaktionssystem mit multifunktionalen Eigenschaften, wobei die angestrebte Prozessintensivierung auf mehreren Ebenen ansetzen kann. Da die Geschwindigkeit, mit der eine Reaktion abläuft, die Energie, die dabei umgesetzt wird, und die Fähigkeit, eine gewünschte Leistung zu erreichen, signifikant von der Katalysatorleistung abhängt, ist es möglich, bereits auf molekularer Ebene durch ein gezieltes Design der Multifunktionalität eines Katalysators zu gewünschten Prozessvorteilen zu gelangen. Das Paradebeispiel hierfür ist die im Kap. 12 beschriebene bifunktionelle Katalyse, die darauf beruht, dass der Katalysator über eine Doppelfunktion verfügt. Beispielsweise enthält ein Katalysator für das Reforming‐Verfahren hydrier-/dehydrieraktive metallische Zentren sowie isomerisierungsaktive acide Zentren. Seine bifunktionelle Wirkung kann der Katalysator jedoch erst entfalten, wenn eine enge Nachbarschaft zwischen diesen beiden Zentrenarten gewährleistet ist. Das bedeutet, dass nur durch die unmittelbare Kombination der Hydrier-/Dehydrier- und der Isomerisierungsprozesse in einem einzelnen Katalysatorteilchen Synergieeffekte entwickelt werden, die den Gesamtprozess überhaupt erst ermöglichen. Anderenfalls kann dieselbe Leistung nur durch den Einsatz von zusätzlichen und teuren Prozessausrüstungen erzielt werden.