Chemische Umsetzung von CO2: Darstellung von Dimethylcarbonat aus CO2 und Methanol an Cer-basierten Katalysatoren

Im Rahmen des Klimaschutzes werden bereits heute große Mengen an CO2 aus Abgasen abgetrennt. Dieser beispielsweise für die Herstellung von Methanol und Harnstoff verwendete Rohstoff bietet daher ein großes Potential, um in chemischen Synthesen als regernativer C1-Baustein genutzt werden zu können. Ein aussichtsreiches Intermediat ist hierbei das Dimethylcarbonat (DMC), da dieses selbst für großmargige Prozesse wie die Polykarbonatsynthese eingesetzt werden, und dabei das bisher verwendete Phosgen ersetzten kann. In der Herstellung von DMC, ausgehend von Methanol und CO2, haben sich vor allem Ceroxid-basierte Heterogenkatalysatoren als aktiv erwiesen. Obwohl diese eine hohe Selektivität von nahezu 100 % zu DMC ermöglichen, sind jedoch die bisher erreichten spezifischen Reaktionsraten mit kleiner 0.1 gDMC/gKat./h meist gering. Durch die Optimierung der Katalysatorsynthese und den Einsatz von Dotierungen konnte unter geeigneten Reaktionsbedingungen die Aktivität der Katalysatoren auf bis zu 4.5 gDMC/gKat./h gesteigert werden. Die Eigenschaften der Katalysatoren, untersucht mittels XRD, UV/VIS, BET sowie FTIR-Spektroskopie in diffuser Reflektion (DRIFTS), belegen schließlich Zusammenhänge der Eigenschaften der Katalysatoren mit deren Aktivität. Darauf aufbauend konnte ein erweiterter Mechanismus zur DMC-Bildung aufgestellt werden. Da aus thermodynamischen Gründen bei der Synthese von DMC aus CO2 und Methanol die Ausbeuten auf unter ein Prozent beschränkt sind, wurden Methoden zur Entfernung von Wasser, dem Koppelprodukt zu DMC, aus dem Gleichgewicht erprobt, wodurch die Ausbeuten deutlich gesteigert werden konnten. Hierbei kam neben chemischen und physikalischen Trocknungsmitteln ein eigens für diesen Zweck entwickelter Membranreaktor zum Einsatz, in welchem Wasser unter in-situ Bedingungen über rohrförmige Zeolith-Membranen aus dem Reaktionsgemisch entfernt werden konnte