Neuartige Katalysatoren für die chemische Industrie
Homogene metallorganische Katalysatoren, an der Schnittstelle von organischer und anorganischer Chemie, haben mit einer nahezu 100%igen Selektivität, einer ausgezeichneten Aktivität und Stabilität die Synthesechemie revolutioniert. Unterstützt durch die EU-Finanzierung des Projekts "Hierarchically organized metal organic catalysts for continuous and multi-batch processes" (HICAT) vereinten Wissenschaftler die überragende Qualität metallorganischer Katalysatoren mit einer neuen Struktur, nämlich funktionalisierten Folien oder Membranen. Unter Verwendung eines Bottom-up-Ansatzes sollte die Struktur im Nanomaßstab genutzt werden. Die katalytisch aktiven Metallkomplexe wurden an Nanopartikel (NPs) wie zum Beispiel Polymergele oder eine Klasse von Silikonharzen (Silsesquioxanen) gebunden. Die NPs wurden dann miteinander vernetzt, um innovative Membranen mit verschiedenen Porositäten herzustellen. Die neuartigen Katalysatorsysteme mit silsesquioxan-modifizierten Metallkatalysatoren wurden im kontinuierlichen Reaktorbetrieb mit hoher Wechselzahl eingesetzt. Es wurden mehrere einfache und wirtschaftliche Synthesewege entwickelt und patentrechtlich geschützt. Außerdem wurde erstmals ein Nachweis des Wirkprinzips für eine neue Klasse polymer- (mikrogel-) gestützter Metallkatalysatoren geführt. Diese wurden bei zwei Reaktionen eingesetzt. Entsprechende Patentanmeldungen werden in Kürze eingereicht. Das Konsortium entwickelte wichtige Technologie für eine hierarchische Bildung von NP-Schichten aus NPs einheitlicher Größe und unterschiedlicher Funktionalitäten. Die Daten stützen das außerordentliche Potenzial von Mikrogel-NPs, Trennmembranen mit maßgeschneiderten Eigenschaften hervorzubringen. Schließlich erfordern kommerzielle Anwendungen häufig spiralförmig gewickelte Membranen, Flachmembranen, die röhrenförmig zusammengerollt sind. HICAT wies die Herstellbarkeit von Membranen nach, die für Spiralwickelmodule geeignet sind, und verbesserte außerdem ihre gewerbliche Anwendbarkeit und Einsatzfähigkeit. Leistungsstarke, neuartige Katalysatoren, die in poröse Membranen mit maßgeschneiderter Funktionalität und kommerziell relevanter Form eingebaut sind, eröffnen neue Möglichkeiten für eine integrierte Katalyse und Trennung. Die HICAT-Technologie verspricht eine Erhöhung der Wettbewerbsfähigkeit zahlreicher chemischer Industrien der EU durch bessere Möglichkeiten der Prozessführung bei industrierelevanten Reaktionen.
