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Im Institut für
Technische Chemie der Universität Leipzig können Gas/Fest-stoffreaktionen
mit einer hohen Zeitauflösung im Submillisekunden-bereich mit
dem TAP-Reaktorsystem untersucht werden. TAP steht für Temporal
Analysis of Products, ein Gerät, das von J.T. Gleaves an der
Washington State University in St. Lewis in den USA entwickelt
und für etwa 560000 € im Rahmen des Hochschulbau- Fördergesetzes
be-schafft wurde. In Deutschland gibt es nur noch zwei weitere
Geräte dieser Art (in Bochum und Berlin), weltweit etwa 15.
Gas/Feststoffreaktionen spielen in der chemischen Industrie eine
sehr große Rolle, da etwa 80% aller großtechnisch hergestellten
Chemikalien einen heterogen kataly-sierten Prozess, d.h. eine
Gas/ Feststoffreaktion durchlaufen. Die eigentliche Reaktion
läuft dabei an »aktiven Zentren« der Feststoff-oberfläche
ab. Zur Entwicklung und |
Optimierung von
heterogenen Kataly-satoren ist es notwendig, detaillierte
Kenntnisse über die an den »aktiven Zentren« ablaufenden
Reaktions-schritte und die beteiligten Reaktions-intermediate zu
erhalten. Genau an dieser Stelle setzt das TAP-Reaktorsystem an.
Es handelt sich um eine Transienten-Methode, vorneh-mlich zur
Untersuchung von Reak-tionsmechanismen von heterogen
katalysierten Reaktionen, zur Ermitt-lung der »aktiven Zentren«
durch die Bestimmung von kinetischen Para-metern wie Reaktions-,
Adsorptions- und Desorptions-Geschwindigkeitskon-stanten.
Während eines TAP-Experi-ments wird ein pulverförmiger
Kataly-sator (Feststoff), der sich in einem Festbettreaktor im
Hochvakuum be-findet, mit Gaspulsen von ca. -10-14 -
10-16 Molekülen pro Puls beaufschlagt. Das Messsignal
ist die zeitliche Änderung der Intensität von charakteristischen
Massenpeaks für |
an der Reaktion beteiligte Moleküle
mit einem Quadrupol- Massenspektrometer in hoher zeitlicher
Auflösung (0.001 ms). Dieses Messignal wird sehr stark von
Adsorptions- und Desorptionsvorgängen sowie ablaufenden
Reaktionen beeinflusst. Durch mathematische Modellierung des
Antwortsignals gelingt es die inte-ressierenden Parameter zu
extrahieren. Das TAP Reaktorsystem erlaubt es, auch die sog.
»Drucklücke« (pressure gap), die zwischen
Oberflächenuntersuchungen im Ultrahochvakuum und katalytischen
Durch-flussexperimenten bei Normal- bzw. Hochdruck existiert, zu
überbrücken. Mit dem TAP-Reaktorsystem wurden in den letzten
Jahren im Institut für Technische Chemie Untersuchungen zu sehr
relevanten chemischen Reaktionen durchgeführt. Unter anderem
wurde im Rahmen eines sog. »Leuchtturmprojektes«, finanziert
durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung in
Kooperation mit Indus-trieunternehmen (VW, Daimler- Chrysier,
Bosch, Umicore, Hte) und weiteren Uni-versitätsinstituten in
Heidelberg, Karlsruhe und Stuttgart die Reinigung von
Diesel-abgasen durch Zersetzung des Schad-stoffes Stickstoffoxid
an Edelmetall Trägerkatalysatoren erfolgreich mit dem
TAP-Reaktorsystem untersucht. Stickoxide sind zum Beispiel für
den sauren Regen verantwortlich. Ein weiterer
Forschungs-gegenstand, der mit TAP erfolgreich unter-sucht wird,
ist die Aktivierung von reaktions-trägen, gesättigten
Kohlenwasserstoffen (sog. Alkane, z. B. n-Butan) an festen
Säu-ren. Alkane sind die Rohstoffe der Zukunft für die
industrielle organische Chemie und werden die jetzt verwendeten
olefinischen Rohstoffe zum Teil ersetzen. Die Arbeiten zur
Alkanaktivierung werden im Rahmen des Schwerpunktprogramms der
Deutschen Forschungsgemeinschaft »Brückenschläge zwischen
idealen und realen Systemen in der heterogenen Katalyse«
gefördert und in Kooperation mit Universitätsinstituten in
Berlin, München und Halle durchgeführt.
Prof. Dr. Helmut Papp
Universität Leipzig
Institut für Technische Chemie
Linnestraße 3
04103 Leipzig
Telefon: (0341)9736300
Fax: (0341)9736349
e-mail: itc@chemie. uni-leipzig. de
Internet: http://techni.chemie.uni-leipzig.de |
TAP-Reaktorsystem