Browsing by Author "Häussermann, Dorothea"

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Open Access
Influence of the synthesis protocol on the catalytic performance of PHI-type zeolites for the dehydration of lactic acid
(2023) Häussermann, Dorothea; Schömig, Richard; Gehring, Barbara; Traa, Yvonne
Acrylic acid is an important basic chemical and a key starting compound for a variety of consumer products. Today, acrylic acid is still produced from fossil-based propene. If acrylic acid were produced from bio-based lactic acid, this would be an important step towards sustainability. The gas-phase dehydration reaction of lactic acid to acrylic acid was performed over eight-membered ring PHI-type zeolites in the Na+ and K+-form. A few variations in the synthesis procedure of PHI-type zeolite made a big difference in the performance during the catalytic reaction due to differences in the physical and chemical properties, especially the accessibility of the pores. The catalysts were characterized with ICP-OES, XRD, CO2 physisorption, SEM and 27Al MAS NMR. The calcination resulted in a partial collapse of the PHI structure. In the case of Na,K-PHI with a low surface area, the catalysis tends to take place on the outer surface, while in the case of Na,K-PHI with a high surface area the catalysis can also take place within the pore system. This has a considerable influence on the selectivity of the catalysts.
Open Access
Rapid aging as a key to understand deactivation of Ni/Al2O3 catalysts applied for the CO2 methanation
(2021) Beierlein, Dennis; Häussermann, Dorothea; Traa, Yvonne; Klemm, Elias
We developed a rapid aging method for Ni/Al2O3 methanation catalysts mimicking the real aging in the actual application. The method is based on hydrothermal deactivation of the catalyst at 600 or 700 °C, which leads to a catalyst with nearly constant conversion after a much shorter time period compared to normal aging. The hydrothermally aged catalysts are characterized by N2 adsorption, X-ray powder diffraction, temperature-programmed reduction and H2 chemisorption. The catalytic performance of the aged catalysts is comparable to the one of a catalyst deactivated in a long-term measurement with up to 720 h on stream. The time needed for reaching a stable conversion can be diminished by rapid aging by a factor of 10. The investigations also showed that the long-term deactivation is caused by Ni particle sintering and that the support pores limit the Ni particle size.
Open Access
Untersuchung von aluminiumreichen Zeolithkatalysatoren ohne große Hohlräume zur Dehydratisierung von Milchsäure zu Acrylsäure
(2023) Häussermann, Dorothea; Traa, Yvonne (apl. Prof. Dr.)
Um erdöl-basierte Grundchemikalien zukünftig bio-basiert herzustellen, müssen bio-basierte Plattformchemikalien effizient umgesetzt werden können. Acrylsäure könnte beispielsweise aus bio-basierter Milchsäure hergestellt werden. Dazu fehlt bislang noch ein geeigneter Katalysator. In dieser Arbeit sollen Zeolithkatalysatoren für diese Reaktion systematisch untersucht werden. Für eine belastbare Bestimmung der katalytischen Leistung werden vergleichende Voruntersuchungen durchgeführt. Dadurch soll sichergestellt werden, dass die katalytischen Messungen zuverlässig sind. Die katalytischen Untersuchungen zeigen, dass die aluminiumreichen 12-Ring-Zeolithkatalysatoren eher ungeeignet für die Milchsäuredehydratisierung sind. Die ausschließlich Lewis-sauren 12-Ring-Zeolithkatalysatoren zeigen einen schnellen Rückgang der Acrylsäure-Selektivität, aufgrund der starken Adsorption von Milchsäure. Die 12-Ring-Katalysatoren, bei denen Brønsted-Säurezentren vorhanden sind, haben eine sehr hohe Acetaldehyd-Selektivität und sind daher ebenfalls ungeeignet. Die mittelporigen Zeolithkatalysatoren sind vielversprechende Katalysatoren. Mit abnehmendem Aluminiumgehalt steigt die Acrylsäure-Selektivität. Die Katalysatoren zeigen ein stationäres Reaktionsverhalten. Der Austausch von Natrium gegen Kalium steigert die Acrylsäure-Selektivität signifikant. Bei den engporigen Zeolithkatalysatoren findet die katalytische Reaktion auf der äußeren Oberfläche statt und nicht im Porensystem. Bei einem ausgeglichenen Säure-Base-Verhältnis kann Acrylsäure auf der äußeren Oberfläche gebildet werden. Allerdings wird auch 2,3-Pentandion gebildet, da es keine dirigierenden Effekte durch die Poren gibt. Ist der Katalysator jedoch zu nukleophil, dann wird überwiegend Acetaldehyd gebildet. Na-SAPO-42 ist für die Milchsäuredehydratisierung ungeeignet, da die schwachen Säurezentren und die stark nukleophilen Gittersauerstoffatome nicht die entsprechende Balance erreichen, um Milchsäure zu dehydratisieren. An amorphem Silica-Alumina kann keine Acrylsäure gebildet werden, da überwiegend starke Lewis-Säurezentren vorhanden sind, die die Decarbonylierung katalysieren. Am Beispiel des engporigen Zeoliths PHI kann gezeigt werden, dass die Syntheseparameter einen deutlichen Einfluss auf den synthetisierten Katalysator und seine katalytische Leistung haben. Bei einer dichten Struktur muss die Reaktion auf der äußeren Oberfläche stattfinden, dadurch finden weniger Folgereaktionen statt und die gebildete Acrylsäure kann die Katalysatoroberfläche schnell wieder verlassen. Auch hier wird deshalb 2,3-Pentandion gebildet. Ist das enge Porensystem dagegen zugänglich beziehungsweise teilweise zugänglich ist, dann können aufgrund der langsamen Diffusion Folgereaktionen ablaufen, und die Acrylsäure-Selektivität ist gering.