Mikroverfahrenstechnik

Dr. Norbert Steinfeldt

Themen der Gruppe Mikroverfahrenstechnik sind die Synthese von aktiven nanostrukturierten Katalysatoren und deren Austestung sowie die Entwicklung von kontinuierlich geführten Prozessen für mehrphasige Reaktionen (Gas/Flüssig, Gas/Flüssig/Fest, Flüssig/Fest). Die Verwendung von Mikrostrukturen minimiert dabei nicht nur den Einsatz von natürlichen Ressourcen, sondern erlaubt es, den Einfluss von Reaktionsparametern auf wichtige Zielgrößen wie z.B. Umsatz, Ausbeute und Selektivität in der Regel unter Ausschluss von Stofftransport- und Temperaturbeschränkungen zu bestimmen. Ein weiterer Vorteil der kontinuierlichen Betriebsweise besteht in dem schnellen Auffinden von Katalysatoraktivierungen bzw. -desaktivierungen, die sich somit gezielt untersuchen lassen. Neben mikrostrukturierten Bauteilen aus Glas stehen für solche Untersuchungen verschiedene Mikrofallfilmreaktoren sowie eine modular aufgebaute, computergesteuerte Ehrfeld-Anlage zur Verfügung.

Bei der Synthese von katalytisch aktiven und selektiven Edelmetallnanostrukturen in der Flüssigphase liegt ein Schwerpunkt der Materialsynthese auf Untersuchungen zum Einfluss von Syntheseparametern auf die Keimbildung und das Partikelwachstum, da beide Prozesse die Größenverteilung und Zusammensetzung der Nanostrukturen bestimmen. Solche Informationen lassen sich durch Kombination der Röntgenkleinwinkelstreuung (SAXS) mit der Röntgenbeugung (XRD) und Elektronenmikroskopie (TEM) gewinnen. Außerdem werden Methoden entwickelt, die es erlauben, die synthetisierten Nanostrukturen ohne Veränderung der Größenverteilung auf oxidische Trägermaterialien abzuscheiden. Anwendungen finden solche Materialien z.B. für die selektive Hydrierung und Dehydrierung und bei der Umwandlung von nachwachsenden Rohstoffen in höherwertige Produkte. Die Gruppe beschäftigt sich außerdem mit der gezielten Synthese von photokatalytisch aktiven Materialien wie z.B. Titandioxid (TiO2), polymeren Kohlenstoffnitriden (p-C3N4) und Metallsulfiden (z.B. InxZnySz), die sowohl in der photokalytischen Abwasserreinigung als auch in der photokatalytischen Synthese von Feinchemikalien Anwendung finden. Das Ziel dieser Untersuchungen besteht darin, diejenigen Syntheseparameter zu identifizieren, deren Kontrolle es erlaubt, die photokatalytischen Eigenschaften der hergestellten Materialien gezielt zu optimieren.