Projekte
Reaktionstechnik
Mehrphasige Reaktionen unter hohen Drücken
Simultane Entfernung von N2O und NOx aus Salpetersäure-Abgasen
Strukturierte Katalysatoren und Reaktoren für die Fischer-Tropsch-Synthese
Monolith-Katalysatoren für die Herstellung von Sorbitol
Modellierung und Simulation eines Wirbelschichtreaktors für die Herstellung von Carbon Nanotubes
Hydrogel/Träger-Komposite für organische Synthesen und selektive Adsorption
Elektrochemische Verfahrenstechnik
Neue kohlenstoffbasierte Trägermaterialien für Brennstoffzellenkatalysatoren
Untersuchung von Bipolarplatten mit Dichtungseigenschaften für den Einsatz in Direktmethanolbrennstoffzellen
Nanostrukturierte Kohlenstoffmaterialien für Direktmethanol-Brennstoffzellen
Chlor-Alkali-Elektrolyse mit Sauerstoffverzehrkathoden
Mehrphasige Reaktionen unter hohen Drücken
Im Rahmen dieses Projektes wird ein neuartiger Hochdruckreaktor entwickelt, der für die Untersuchung von mehrphasigen Reaktionen unter hohem Druck verwendet werden soll. Ein Beispiel für eine solche Reaktion ist die Hydratisierung von Olefinen zu Alkoholen. Olefin und Wasser sind nur begrenzt mischbar, bei den Bedingungen der Synthese läuft die Reaktion als eine Reaktivextraktion, d.h. das Olefin wirkt als Extraktionsmittel für den gebildeten Alkohol. Durch druckstabile Sichtfenster und eine spezielle Ansteuerung von Reaktandeneingangsstrom und Reaktionsgemischablauf kann die unabhängige Einstellung von Hold-up, Eingangsstrom, Ausgangsstrom sowie Einsatzverhältnis der Reaktanden erreicht werden
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Bernhard Pfeuffer
Simultane Entfernung von N2O und NOx aus Salpetersäure-Abgasen
Bei der Herstellung von Salpetersäure nach dem Ostwald-Verfahren entsteht neben dem erwünschten Produkt NO auch N2O. Da Distickstoffmonoxid ein Treibhausgas mit einem um den Faktor 300 höheren Erwärmungspotenzial als Kohlendioxid ist und Salpetersäureanlagen die größte industrielle Quelle von N2O sind, besteht Bedarf zur Entwicklung von Verfahren zur Minderung der N2O-Emissionen. Ein solches Verfahren muss mit den bestehenden Verfahren zur Reduktion der NOx-Emissionen durch die selektive katalytische Reduktion mit Ammoniak kombiniert werden. Im Rahmen des Forschungsprojektes werden unterschiedliche Möglichkeiten zur gemeinsamen Entfernung der beiden Stickoxide untersucht. Dazu gehören die katalytische Zersetzung und die Reduktion von N2O mit Ammoniak oder Kohlenwasserstoffen wie Methan oder Propan.
Ansprechpartner: Dipl.-Chem. Vanessa Bacher
Strukturierte Katalysatoren und Reaktoren für die Fischer-Tropsch-Synthese
Die Fischer-Tropsch-Synthese ist eine seit langem bekannte Reaktion zur Herstellung von flüssigen Kohlenwasserstoffen aus Synthesegas, die gegenwärtig durch die Aktivitäten zum Bau von Anlagen zur Umwandlung von Erdgas ("Gas to Liquid") eine Renaissance erlebt. Die etablierten Verfahren setzen Festbett- oder Blasensäulenreaktoren mit Pulverkatalysatoren ein. Im Rahmen der Arbeiten am ICVT soll die Eignung von strukturierten Katalysatoren und Reaktoren für die Fischer-Tropsch-Synthese untersucht werden. Monolithische Katalysatorstrukturen sind eine moderne Alternative zu herkömmlichen Katalysatorgeometrien. Sie eignen sich insbesondere für die Durchführung mehrphasiger Reaktionen, da sich bei geeigneten Reaktionsbedingungen eine Pfropfenströmung mit günstiger Stofftransportcharakteristik einstellt. Mikrostrukturierte Reaktoren, die sich besonders für die effiziente Wärmeabfuhr bei stark exothermen Reaktionen eignen, sollen ebenfalls untersucht werden.
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Jens Knochen, Dipl.-Ing. Carsten Knobloch
Monolith-Katalysatoren für die Herstellung von Sorbitol
Im Rahmen dieses Projektes wird der Einsatz von Monolithkatalysatoren für die Sorbitolherstellung untersucht. Industriell erfolgt die Herstellung durch katalytische Hydrierung von wässrigen Glucoselösungen. Eingesetzt werden hierbei hauptsächlich diskontinuierlich betriebene Rührkesselreaktoren, in denen der pulverförmige Katalysator suspendiert ist, oder Rieselbettreaktoren, bei denen der Katalysator als regellose Schüttung vorliegt. Zu diesen herkömmlich verwendeten Katalysatorgeometrien sind monolithische Katalysatorstrukturen eine interessante Alternative für solche mehrphasigen Reaktionen. Bei der Wahl geeigneter Reaktionsbedingungen bildet sich im Monolith eine Pfropfenströmung mit einer guten Stofftransportcharakteristik aus, so dass Stofftransportlimitierungen verringert werden können.
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Christian Eisenbeis
Modellierung und Simulation eines Wirbelschichtreaktors für die Herstellung von Carbon Nanotubes
Carbon Nanotubes (CNTs) sind hochinteressante Materialien mit einer Vielzahl von potenziellen Anwendungen. Da der Preis von CNTs für eine Markteinführung bisher noch zu hoch ist, wird an Verfahren zur kostengünstigen Herstellung im industriellen Maßstab gearbeitet. Ein viel versprechender Ansatz ist dabei die Verwendung von Wirbelschichtreaktoren, die eine kontinuierliche Produktion von Materialien mit definierten Eigenschaften ermöglichen sollen. Im Rahmen eines vom BMBF geförderten Projektes soll ein Wirbelschichtreaktor für die Herstellung von CNTs unter Berücksichtigung von Wachstumskinetik, Hydrodynamik sowie Stoff- und Wärmetransportvorgängen modelliert werden. Mit Hilfe eines solchen Modells können unterschiedliche Reaktorvarianten bewertet und die Betriebsparameter für die Produktion optimiert werden.
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Kristian Voelskow
Hydrogel/Träger-Komposite für organische Synthesen und selektive Adsorption
In diesem Projekt werden Herstellungsmethoden für Hydrogel-Nanopartikel mit magnetischem Kern auf Basis von verschiedenen Polymerisationstechniken entwickelt. Die hergestellten Kompositmaterialien werden mit unterschiedlichen Methoden (TEM, SEM, AES …) sowie durch chemische Analyse (Eisengehalt, Säurebeständigkeit, ...) charakterisiert. Mögliche Anwendung der magnetischen Komposite liegen im Bereich der Reaktionstechnik, z.B. im Hinblick auf eine bessere Zugänglichkeit von aktiven Zentren in polymerbasierten Katalysatoren, sowie bei der Adsorption und Desorption von spezifischen Komponenten einer Reaktionsmischung in Kombination mit magnetischer Abtrennung.
Ansprechpartner: M. Sc. Mohamed Darwish
Neue kohlenstoffbasierte Trägermaterialien für Brennstoffzellenkatalysatoren
Die Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Direkt-Methanol-Brennstoffzellen erfordert die Entwicklung und Untersuchung von neuen Materialien als Träger für die bisher eingesetzten Edelmetalle sowie die Verbesserung der Abscheideverfahren für nanoskalige Edelmetalle. Auf Basis von Carbon Nanotubes sowie von SiC-stämmigen Kohlenstoffen werden chemische und elektrochemische Methoden zur Katalysatorbeladung entwickelt und die elektrochemische Leistungsfähigkeit hergestellter Edelmetall-Kohlenstoff-Katalysatoren in Direkt-Methanol-Brennstoffzellen bewertet. TEM, TGA und weitere Methoden werden für die ergänzende Charakterisierung der Proben eingesetzt.
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Alicja Schlange, Dr.-Ing. Sakthivel Mariappan
Untersuchung von Bipolarplatten mit Dichtungseigenschaften für den Einsatz in Direktmethanolbrennstoffzellen
Im Rahmen dieses Projektes sollen Bipolarplatten für Direktmethanolbrennstoffzellen mit Dichtungseigenschaften entwickelt werden. Durch die Biegsamkeit der Bipolarplatten können diese die Dichtfunktion mit übernehmen. Durch Integration der Dichteigenschaft in die Bipolarplatte reduziert sich die Anzahl der passgenau zu montierenden Bauteile erheblich. Dies reduziert Fehlerquellen um ein beträchtliches Maß. Das Projekt wird gemeinsam mit dem Institut für Bergbau und der Firma Wilhelm Eisenhuth GmbH KG durchgeführt.
Ansprechpartner: Dr. Antonio Dos Santos
Nanostrukturierte Kohlenstoffmaterialien für Direktmethanol-Brennstoffzellen
Ziel des durch die Alexander von Humboldt Stiftung geförderten Projektes ist die Entwicklung von nanostrukturierten Kohlenstoffmaterialien für Gasdiffusionselektroden, die bei Direktmethanol-Brennstoffzellen eingesetzt werden. Zu diesem Zweck werden Elektrokatalysatoren auf Kohlenstoffträger aufgebracht und in Gasdiffusionselektroden und Membran-Elektrode-Einheiten eingebracht. Die entstehenden Schichten werden hinsichtlich Ihrer Miktrostruktur, Morphologie und Porenstruktur charakterisiert. Mit den neuen Materialien soll die Leistungsfähigkeit von Direktmethanol-Brennstoffzellen erhöht werden.
Ansprechpartner: Dr. Loka S. Sarma
Chlor-Alkali-Elektrolyse mit Sauerstoffverzehrkathoden
Die Herstellung von Chlor und Natronlauge durch Elektrolyse von Natriumchlorid-Lösungen ist ein sehr energieintensives Verfahren. Beim modernen Membranverfahren, das bei einer Spannung von ca. 3,2 V arbeitet, beträgt der Bedarf an elektrischer Energie etwa 2500 kWh/ t Chlor. Eine vielversprechende Möglichkeit zur Reduktion des Energiebedarfes ist der Einsatz sogenannter Sauerstoffverzehrkathoden. Während bei der herkömmlichen Elektrolyse an der Kathode Wasserstoff erzeugt wird, kann an Sauerstoffverzehrkathoden durch Reaktion mit Sauerstoff die Wasserstoffbildung verhindert und die benötigte Zellspannung um bis zu 1,2 V verringert werden. Im Rahmen des Projektes werden Sauerstoffverzehrkathoden entwickelt, die den ungehinderten Zutritt des Sauerstoffs und der Natronlauge an den Ort der elektrokatalytischen Reaktion erlauben, ohne dass ein Durchbruch von Gas oder Flüssigkeit stattfindet.
Ansprechpartner: M. Sc. Naresh Chavan, Dipl.-Ing. Stefan Pinnow