Examination of the hydrogenation of Acrolein with silver catalysts

The present thesis examines in the context of the DFG project 1091 with the topic “From single crystal systems to real catalysts on the example of the hydrogenation with silver catalysts”, the aspect of the overcoming of the pressure- and material gap. For that the selective hydrogenation of Acrolein to Allylalcohol with silver catalysts in the pressure range between 0,1mbar and 1bar with a reaction study was investigated. Additional methods of the surface science like TPD, SEM, TEM, XRD and BET as well was used to characterize the catalyst. The main question is the use of the method TPD to characterize a real porous catalyst. The focus of this work is the combination of a reaction study (applied research) and TPD (fundamental research). A pressure barrier for the formation of Allylalcohol was found. First with a pressure ≥ 100mbar Allylalcohol was formed. A treatment of the Catalyst with air elevates Conversion and selectivity to Allylalcohol significant and reproducible. With the method TPD no conclusions to the elementary steps of the reaction are possible. This method show mechanisms like diffusion, condensation and thermal decomposition what overlay desorption.1 Einleitung 2 Überblick über den bisherigen Wissensstand der selektiven Acroleinhydrierung 2.1 Acroleinhydrierung 2.2 Reaktionsstudie der Acroleinhydrierung − bisherige Forschungsergebnisse 2.2.1 Herstellung und Eigenschaften der hier untersuchten Silberkatalysatoren 2.2.2 Reaktionsstudie 2.3 Charakterisierung − bisherige Forschungsergebnisse 2.3.1 TDS 2.3.2 In situ XAS 2.4 Theorie – bisherige Forschungsergebnisse 2.4.1 Acroleinhydrierung an Platin 2.4.2 Adsorption von Sauerstoff an Silber 2.4.3 Zusammenfassung Theorie 3 Einführung in die Katalyse 3.1 Heterogene Katalyse 3.1.1 Diffusion 3.1.2 Die Adsorption 3.1.3 Die Desorption 3.2 Grundlegender Lösungsansatz zur Untersuchung von Katalysatoren 3.3 Technische Anwendung von Katalysatoren 3.3.1 Deaktivierung 4 Experimentelle Methoden 4.1 Reaktionsstudie 4.1.1 Apparativer Aufbau und Arbeitsweise der Reaktoranlage 4.1.2 Vorgehensweise 4.2 Gassorption 4.3 TDS 4.3.1 Aufbau des Thermodesorptionsspektrometers 4.3.2 Fragmentierung von Molekülen an dem Filament des QMS 4.3.3 Poröse Materialien und die Methode TDS 4.4 Analyse der TD-Spektren 4.4.1 Methode nach Redhead (RH) 4.4.2 Variation der Heizrate nach Falconer und Madix 4.4.3 Komplette Analyse nach King 5 Ergebnisse 5.1 Ergebnisse Reaktionsstudie 5.1.1 Blindexperimente 5.1.2 Die Reaktion in Abhängigkeit vom Gesamtdruck 5.1.3 Die Reaktion in Abhängigkeit vom Partialdruck der Edukte 5.1.4 Vorbehandlung des Katalysators mit Luft 5.1.5 Zusammenfassung Reaktionsstudie 5.1.6 Diskussion 5.2 Ergebnisse TDS 5.2.1 Experimentelle Durchführung 5.2.2 Kalibration 5.2.3 Blindexperimente und Vorversuche 5.2.4 TDS nach Reaktionen mit unterschiedlichem Reaktionsdruck (Katalysator) 5.2.5 TDS nach Reaktionen mit verschiedenen Reaktionszeiten und Vorbehandlungen 5.2.6 Diskussion der TDS-Experimente 5.3 Ergebnisse Charakterisierung 5.3.1 Ergebnisse SEM 5.3.2 Ergebnisse Gasadsorption 5.3.3 Ergebnisse XRD 5.3.4 Untersuchung des Zustandes des Katalysators mit XPS-ESCA 6 Abschließende Diskussion 6.1 Einfluss des Druckes 6.2 Einfluss des Materials (strukturelle Eigenschaften von Silber und dem Katalysatorträger) 6.3 Einfluss von Sauerstoff 6.4 Aktivierung von Wasserstoff 6.5 Polymerisation und Zersetzungsreaktion von Acrolein 6.6 Induktions- und Plateauphase 6.7 Acroleinhydrierung auf molekularer Ebene 6.8 Zusammenfassung 6.9 Abschließende Bemerkunge