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Fakultät BCI
© Dominik Pietschmann​/​TU Dortmund

M. Sc. Thomas Roth

Arbeitsschwerpunkt

  • Mehrphasige homogene Katalyse
  • Nutzung von erneuerbaren Energien
  • Hydroformylierung/Hydroaminomethylierung
  • Hochskalierung neuartiger Prozesse auf den Maßstab einer kontinuierlichen Miniplant-Anlage

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TC - Abschlussarbeiten
Weitere Informationen über Thomas Roth

Lebenslauf

Thomas Roth studierte seit Oktober 2013 Chemieingenieurwesen an der TU Dortmund. Während dieser Zeit sammelte er Industrieerfahrung durch ein Praktikum bei der Lanxess AG in Krefeld Uerdingen und schloss seine Bachelorarbeit mit dem Thema "Aufbau und Kalibrierung einer IR-Kamera zur nicht-invasiven Temperaturmessung an Mikroreaktoren" in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Kockmann ab. Im Jahr 2020 erlangte er seinen Masterabschluss mit der Arbeit "Untersuchung der Hydroaminomethylierung im thermomorphen Mehrphasensystem im kontinuierlichen Miniplant-Maßstab" unter der Betreuung von Prof. Dr. Vogt. Seit Juni 2020 arbeitet Thomas als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Technische Chemie der TU Dortmund.

Forschungsthema

Homogene Übergangsmetallkatalysatoren bieten gegenüber heterogenen Katalysatoren viele Vorteile, darunter eine hohe Katalysatoraktivität und Selektivität selbst bei vergleichsweise milden Betriebsbedingungen. Trotz dieser Vorteile werden die meisten industriellen Prozesse heterogen katalysiert, weil die Trennung einfacher und damit kostengünstiger ist. Da das Recycling der Übergangsmetalle für die ökonomische und ökologische Nachhaltigkeit von Prozessen mit homogenen Katalysatoren unabdingbar ist, ist die Entwicklung effizienter Abtrennungs- und Recyclingkonzepte erforderlich, um deren Stärken zu nutzen.

Die Immobilisierung des Katalysators in mehrphasigen Systemen bietet hier einen vielversprechenden Ansatz, da die Katalysatorphase mit relativ geringem Aufwand abgetrennt und recycelt werden kann. Allerdings birgt dieser Ansatz auch gewisse Herausforderungen, wie z. B. Einschränkungen beim Massentransport über die Phasengrenze hinweg. Im Rahmen dieser Forschungsarbeit werden daher verschiedene Intensivierungsstrategien für kontinuierliche Prozesse unter Verwendung wässriger Mehrphasensysteme für homogen katalysierte Carbonylierungsreaktionen untersucht und optimiert (Abb. 1). In jedem Fall wird die Produktphase in einem Dekanter von der Katalysatorphase getrennt, so dass letztere in den Reaktor zurückgeführt werden kann (Abb. 2).

Reaktion Hydroaminomethylation: R-C-C=C ->(+CO/H2+cat.) R-C-C-C-C=O (Hydroformylation) ->(+HNR2/H2+cat.) R-C-C-C-C-NR2 + H2O ( Reductiv Amination)

Die erste Strategie ist die Verbesserung der Durchmischung und damit die Vergrößerung der Phasengrenzfläche durch den Einsatz des innovativen Jetloop-Reaktors (Abb. 2, links). Bei der zweiten Strategie werden Cyclodextrine als Phasentransfermittel eingesetzt, um den Kontakt des Katalysators mit Substratmolekülen an der Phasengrenzfläche zu verbessern (Abb. 2, rechts).

Schabild: Links: Jetloop Reactor, rechts: reaktor mit anschließender trennoperation und Rückführung

Publikationen & Konferenzen

  • Ferreira, M., Bricout, H., Roth, T. F.H., Seidensticker, T., Tilloy, S., Monflier, E., (2024) "Aqueous biphasic hydroformylation and hydroaminomethylation assisted by cyclodextrins: From benchtop to industrial perspective" Catal. Today, 442, 113951, DOI: 10.1016/j.cattod.2024.114951

  • Roth, T. F.H., Häusler, M., Vogt, D., Seidensticker, T., (2024) "Advancing the aqueous biphasic hydroformylation of oleochemicals in the loop: Continuous reaction and separation using a jet-loop reactor concept" Catal. Today, 439, 114803, DOI: 10.1016/j.cattod.2024.114803

  • Hares, K., Wegener, H. W., Roth, T. F. H., Reichert, R., Vogt, D., Seidensticker, T., (2024) "Primary amines from alkenes and carbonyl compounds: highly selective hydrogenation of oximes using a homogeneous Ru-catalyst" Catal. Sci. Technol., Advance Article, DOI: 10.1039/D4CY00368C.
  • Roth, T. F. H., Kühl, A., Spiekermann, M. L., Wegener, H. W., Seidensticker,T. (2024) "Biodiesel as a Sustainable Platform Chemical Enabled by Selective Partial Hydrogenation: Compounds Outplace Combustion?!",ChemSusChem, e202400036 DOI: 10.1002/cssc.202400036.
  • Roth, T., Evertz, R., Kopplin, N., Tilloy, S., Monflier, E., Vogt, D., Seidensticker, T., (2023) "Continuous production of amines directly from alkenes via cyclodextrin-mediated hydroaminomethylation using only water as the solvent" Green Chem., 25, 3680-3691, DOI: 10.1039/D2GC04847G
  • Schlüter, S. , Kühnemann, K. U. , Freis, M. , Roth, T. , Vogt, D. , Dreimann, J. M. , Skiborowski (2021). "Continuous co-product separation by organic solvent nanofiltration for the hydroaminomethylation in a thermomorphic multiphase system". Chem. Eng. J. 409, 128219, DOI: 10.1016/j.cej.2020.128219.

Vorträge:

  • November 2023, Dresden, DGMK C1 Building Blocks for Future Chemistry, “Continuous processes for the Rh-catalyzed carbonylation of olefins and unsaturated esters enabled by cyclodextrin-mediated aqueous biphasic systems”
  • May 2024, Würzburg, Annual Meeting on Reaction Engineering and Electrochemical Processes 2024, “Advancing multiphase catalysis for efficient recycling of homogeneous catalysts in continuous operation”
  • June 2024, Dortmund, 12th workshop on fats and oils as Renewable Feedstock for the Chemical Industry, “For a World That's Bright, Use the Biodiesel Right, Don't Ignite – A Renewable Platform Chemical enabled by partial hydrogenation”

Poster:

  • June 2021, Weimar, 54. Jahrestreffen Deutscher Katalytiker, “ Intensification strategies for homogeneously catalyzed carbonylation reactions in aqueous multiphase systems: Utilizing the "chaos"”
  • May 2022, Dortmund, 11th workshop on fats and oils as Renewable Feedstock for the Chemical Industry, “Intensification strategies for homogeneously catalyzed hydroformylation of oleo chemicals in aqueous multiphase systems: Utilizing the "chaos"”
  • July 2022, Lissabon, XXII International Symposium on Homogeneous Catalysis, “Cyclodextrins as an intensification strategy for homogeneously catalyzed carbonylation reactions in aqueous multiphase systems”
  • June 2022, Weimar, 55. Jahrestreffen Deutscher Katalytiker, „ Cyclodextrins as an intensification strategy for homogeneously catalyzed carbonylation reactions in aqueous multiphase systems”
  • June 2024, Weimar, 57. Jahrestreffen Deutscher Katalytiker, „Continuous Processes for the Rh-catalyzed Hydroformylation of Renewables in Aqueous Biphasic Systems”
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