M. Sc. Thomas Roth

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).

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).