Untersuchung von festen Basenkatalysatoren und Aufbau eines kontinuierlich betriebenen Festbettreaktors für heterogen katalysierte Aldolreaktionen von n- und i-Butyraldehyd

Aachen / Publikationsserver der RWTH Aachen University (2015) [Doktorarbeit]

Seite(n): X, 155 Bl. : Ill., graph. Darst.

Kurzfassung

Die Aldolreaktionen von n-Butyraldehyd bzw. von i-Butyraldehyd mit Formaldehyd sind industriell bedeutsame Reaktionen, die derzeit durch homogene Basen katalysiert werden. Um die großtechnischen Verfahren aus ökonomischer und ökologischer Sicht zu optimieren, wurden in dieser Arbeit heterogene Katalysatoren entwickelt und hinsichtlich Struktur-Aktivitäts-Beziehungen untersucht. Ferner wurden die Aldolreaktionen in einem kontinuierlich betriebenen Festbettreaktor realisiert.In der katalysierten Aldolreaktion von n-Butyraldehyd wurde bevorzugt das Kondensationsprodukt 2-Ethyl-2-hexenal gebildet, während sich die Herstellung des Additionsprodukts 2-Ethyl-3-hydroxyhexanal aufgrund der leichten Eliminierung von Wasser als Herausforderung darstellte. Als Katalysatoren wurden unterschiedliche Metalloxide sowie MgO geträgerte Alkalimetallhydroxide eingesetzt. Besonders für den Grad der Dehydratisierung der Oberfläche, d.h. die Anzahl der Brønsted-basischen Hydroxylgruppen, sowie die Basenstärke wurde ein Einfluss auf die katalytische Aktivität beobachtet.Die katalytische Aldoladdition von i-Butyraldehyd mit Formaldehyd zur Herstellung von Hydroxypivaldehyd (HPA) wurde an Hydrotalciten, Spinellen, Perowskiten und Metallnitriden durchgeführt. Generell folgten der Umsatz und die Selektivität bei Variation der Reaktionsbedingungen einem gegenläufigen Trend, der auf der vermehrten Bildung von Nebenprodukten beruht. Die Abhängigkeit der katalytischen Aktivität von der Konzentration der Brønsted-basischen Hydroxylgruppen war ersichtlich. Unter den Metallnitriden konnte AlN als aussichtsreichster Katalysator identifiziert werden, wobei das Material während der Reaktion zum basischeren Böhmit hydrolysiert wurde.Der Einsatz von ausgewählten Katalysatoren im kontinuierlich betriebenen Festbettreaktor führte sowohl in der Aldolreaktion von n-Butyraldehyd als auch der von i-Butyraldehyd mit Formaldehyd zu vielversprechenden Ergebnisse mit überwiegend sehr hohen Selektivitäten, da die Bildung von Nebenprodukten aufgrund der kürzeren Kontaktzeit weitestgehend unterdrückt werden konnte.

Autorinnen und Autoren

Autorinnen und Autoren

Kleineberg, Henrike

Gutachterinnen und Gutachter

Palkovits, Regina
Liauw, Marcel

Identifikationsnummern

  • URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2015-007489
  • REPORT NUMBER: RWTH-2015-00748