Ternäre Übergangsmetallnitride und -carbide mit hoher spezifischer Oberfläche und definierter Porenmorphologie für die Propandehydrierung - Materialsynthese, katalytische Tests und Reaktorkonzepte

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Ziel des Forschungsprojektes ist es, ternäre Übergangsmetallnitride und -carbide mit hoher spezifischer Oberfläche herzustellen, ihre Eignung für katalytische Dehydrier-Reaktionen am Beispiel der Propandehydrierung zu testen und durch Entwicklung geeigneter Reaktorkonzepte Umsetzungsmöglichkeiten in den technischen Maßstab aufzuzeigen. Dabei steht einerseits die Entwicklung neuer präparativer Techniken im Vordergrund, die erlauben, aus Elementen der 4. bis 7. Nebengruppe bestehende Übergangsmetallnitride und -carbide als poröse anorganische Netzwerke mit großer innerer Oberfläche und enger Porenradienverteilung herzustellen. Zum anderen sollen Synthesemethoden entwickelt werden, welche ternäre Übergangsmetallnitride und -carbide der 4. bis 7. Nebengruppenelemente in Form kleiner Partikel mit großer äußerer Oberfläche liefern. Zunächst werden nur kleine Mengen der betreffenden Verbindungen hergestellt und getestet. Durch die enge Zusammenarbeit der Festkörperchemiker mit den Katalytikern sollen Zusammenhänge zwischen katalytischer Aktivität, Kristallstruktur und Zusammensetzung aufgeklärt werden. Die enge Verzahnung von Katalysatorsynthese und -erprobung soll die Entwicklung optimierter Katalysatoren entscheidend beschleunigen. Gleichzeitig soll in Zusammenarbeit von Festkörperchemikern und Reaktionstechnikern ein Reaktorkonzept entwickelt werden, das die Herstellung größerer Nitrid/Carbid-Mengen erlaubt, um so für detailliertere Untersuchungen der katalytischen Aktivität die notwendigen Katalysatormengen zur Verfügung zu stellen und Umsetzungskonzepte für die Materialsynthese im technischen Maßstab aufzuzeigen. Darüber hinaus wird auf Basis der ermittelten kinetischen Daten und des Desaktivierverhaltens der Katalysatoren ein Reaktorkonzept für die untersuchte Dehydrierreaktion mit Blick auf Wärmeintegration und Katalysatorregeneration entwickelt werden. Insgesamt soll damit am Beispiel der Entwicklung von neuen Nitrid- und Carbidkatalysatoren für die Propandehydrierung gezeigt werden, daß die parallele, interdisziplinäre Entwicklung von Materialsynthese, katalytischer Testung und reaktionstechnischem Konzept zu einer Optimierung der Forschungsfortschritte und einer beschleunigten Bereitstellung von Umsetzungskonzepten in die praktische Anwendung führen kann.