Entwicklung neuer heterogener Katalysatoren zur Spaltung von Methanol in Wasserstoff und Kohlenmonoxid mittels Hochdurchsatz-Methoden

Abstract

Die vorliegende Arbeit befasste sich mit der Entwicklung neuer heterogener Katalysatoren für die Spaltung von Methanol zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid, die einen möglichst geringen Gehalt an Edelmetallen aufweisen sollten. Um diesen Prozess zu beschleunigen, wurden in einem Teil der Synthesen und Experimente Hochdurchsatzmethoden verwendet. Neben der Roboter gestützten Sol-Gel-Synthese umfasste dies die Untersuchung von Katalysatorbibliotheken mittels ortsaufgelöster Gaschromatographie, die es ermöglichte, in einem Experiment bis zu 207 verschiedene Substanzen auf ihre katalytische Aktivität zu testen. Unter Anwendung verschiedener kombinatorischer Strategien wurde zunächst ein sehr aktiver und stabiler Katalysator im ternären Cu-Ni-Zn-System entdeckt. Neben Umsätzen und Selektivitäten, die auf Niveau der eingesetzten Referenzsubstanz lagen, zeigte dieser auch eine ausgezeichnete Langzeitstabilität über einen Zeitraum von 18 Stunden, die die Referenz übertraf. Darüber hinaus wurden durch weitere Untersuchungen ein Ce-Ru- und ein Cr-Ru-Katalysator entwickelt, die jedoch im Langzeittest schlechter abschnitten.

The topic of this thesis has been the development of new heterogeneous catalysts for the decomposition of methanol into hydrogen and carbon monoxide. As an important constraint here, the content of noble metals of the catalysts should be as low as possible. High-throughput-methods were applied in some of the syntheses and experiments to accelerate the development, as, for example, the use of liquid based sol-gel syntheses and the examination of catalyst libraries by spatial resolution gas chromatography. This screening technique allowed to test up to 207 different substances during one single experiment. Then, different combinatorial strategies were applied. First, these methods led to a highly active and stable catalyst in the ternary system of Cu-Ni-Zn, which showed high conversion and selectivity comparable to an industrial reference catalyst. Its activity during an 18 hour long term run was constant in contrast to the reference. Second, an additional approach starting from a broader variety of elements led to a Ce-Ru- and to a Cr-Ru-catalyst. Both of them were highly active in short term experiments, but lost their outstanding performances during long term runs.