Entwicklung von flüssig-flüssig Slurry-Systemen für heterogen katalysierte Hydrierreaktionen

Development of liquid-liquid slurry-systems for heterogeneous catalysed hydrogenations

  • Mit Ionischen Flüssigkeiten lassen sich aufgrund der Bandbreite ihrer Eigenschaften eine Vielzahl von zweiphasigen Lösungsmittelsystemen realisieren, welche hinsichtlich einer mehrphasigen Reaktionsführung von Interesse sind. Derartige Systeme sind bisher vor allem für homogen katalysierte Reaktionen untersucht worden. In der vorliegenden Arbeit wurde die Anwendung von Ionischen Flüssigkeiten für die heterogene Katalyse am Beispiel der Flüssigphasenhydrierung von Propionitril zu Propylamin untersucht. Bei dieser Synthese kommt es zu Nebenreaktionen, wodurch die Selektivität verringert wird. Dieser Effekt sollte durch Extraktion des Produkts signifikant reduziert werden. Hierfür wurde ein LösMit Ionischen Flüssigkeiten lassen sich aufgrund der Bandbreite ihrer Eigenschaften eine Vielzahl von zweiphasigen Lösungsmittelsystemen realisieren, welche hinsichtlich einer mehrphasigen Reaktionsführung von Interesse sind. Derartige Systeme sind bisher vor allem für homogen katalysierte Reaktionen untersucht worden. In der vorliegenden Arbeit wurde die Anwendung von Ionischen Flüssigkeiten für die heterogene Katalyse am Beispiel der Flüssigphasenhydrierung von Propionitril zu Propylamin untersucht. Bei dieser Synthese kommt es zu Nebenreaktionen, wodurch die Selektivität verringert wird. Dieser Effekt sollte durch Extraktion des Produkts signifikant reduziert werden. Hierfür wurde ein Lösungsmittelsystem aus zwei flüssigen Phasen eingesetzt. Dabei sollte das Solvent mit der höheren Dichte als Reaktionsphase fungieren und den heterogenen Katalysator enthalten. Das leichtere Lösungsmittel sollte die Extraktionsphase bilden. Für diesen Lösungsansatz wurden zwei Verfahrenskonzepte unter Verwendung Ionischer Flüssigkeiten entwickelt. Bei der Verwendung von Brønsted-sauren Ionischen Flüssigkeiten als Extraktionsmittel in Konzept 1 konnte der positive Effekt der mehrphasigen Reaktionsführung nachgewiesen werden. In diesen Versuchen wurden signifikant höhere Selektivitäten erreicht als bei der Nitrilhydrierung in nur einer flüssigen Phase, bei gleichen Umsätzen. Allerdings konnte kein Trennverfahren gefunden werden, mit welchem die Ionische Extraktionsphase unter Erhalt der Ionischen Flüssigkeit aufgearbeitet werden kann. Für das Verfahrenskonzept 2 mit einer Brønsted-freien Ionischen Flüssigkeit als Reaktionsphase und einem organischem Lösungsmittel als Extraktionsphase konnten ebenfalls höhere Selektivitäten als bei der Nitrilhydrierung in nur einer flüssigen Phase nachgewiesen werden. Allerdings lagen die Ergebnisse unter den in mit Brønsted-sauren Ionischen Flüssigkeiten erreichten Werten. Dagegen konnte die Ionische Phase in Konzept 2 unter Erhalt der Ionischen Flüssigkeit mittels Destillation aufgearbeitet werden. In allen Versuchen mit zwei flüssigen Phasen wurde beobachtet, dass sich der heterogene Katalysator nach Einstellen des Gleichgewichts nahezu vollständig in der Ionischen Phase befand. Hieraus wurde eine Verfahrensidee zur Abtrennung heterogener Katalysatoren aus Slurry-Systemen entwickelt.show moreshow less
  • Ionic Liquids enable a high number of biphasic solvent systems due to their variety of properties. This feature is of high interest regarding multiphasic reactions. Such solvent systems were investigated mainly for homogeneous catalysis. In this work the application of Ionic Liquids in heterogeneous catalysis is discussed. As an instance of this subject the hydrogenation of propionitrile to propylamine in liquid phase is examined. In this synthesis the selectivity is lowered by side reactions. This effect is expected to be reduced significantly by extraction of the product propylamine, using a biphasic solvent system. In this system the liquid with higher density should form the reaction phaIonic Liquids enable a high number of biphasic solvent systems due to their variety of properties. This feature is of high interest regarding multiphasic reactions. Such solvent systems were investigated mainly for homogeneous catalysis. In this work the application of Ionic Liquids in heterogeneous catalysis is discussed. As an instance of this subject the hydrogenation of propionitrile to propylamine in liquid phase is examined. In this synthesis the selectivity is lowered by side reactions. This effect is expected to be reduced significantly by extraction of the product propylamine, using a biphasic solvent system. In this system the liquid with higher density should form the reaction phase, containing the heterogeneous catalyst. The extraction phase should be formed by the solvent with lower density. For this approach two process concepts have been developed applying Ionic Liquids. In concept 1, a Brønsted-acidic Ionic Liquid was used as extracting agent. The positive effect of the muliphasic reaction system was verified. The resulting selectivity was significantly higher in these experiments than by carrying out the hydrogenation of propionitrile in only one solvent, achieving comparable conversions for both cases. But no downstream process could be found for separating propylamine and the Ionic Liquid without decomposing the extracting agent. In concept 2, Brønsted-free Ionic Liquids were used as reaction phase. Also for that approach higher selectivities could be realised, compared to performing this synthesis in only one liquid phase. Nevertheless the resulting selectivities were lower than the results by using Brønsted-acidic Ionic Liquids. On the other hand by using Brønsted-free Ionic Liquids as reaction phase, the propylamine could be separated from the Ionic Liquid by distillation. In all experiments one side effect was observed: After achieving equilibrium the heterogeneous catalyst was obviously completely dispersed in the Ionic phase. Based on these results a process idea for separating heterogeneous catalysts from slurry systems was developed.show moreshow less

Download full text files

Export metadata

  • Export Bibtex
  • Export RIS

Additional Services

Share in Twitter Search Google Scholar
Metadaten
Author:Martin Ehrig
URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus-9001
Advisor:Peter Wasserscheid
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2008
Publishing Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Granting Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Date of final exam:2007/09/21
Release Date:2008/05/26
Tag:catalysis; extraction; hydrogenation; ionic liquid; liquid-liquid
SWD-Keyword:Extraktion; Flüssig-Flüssig-System; Hydrierung; Ionische Flüssigkeit; Katalyse
Institutes:Technische Fakultät / Technische Fakultät -ohne weitere Spezifikation-
Dewey Decimal Classification:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Chemische Verfahrenstechnik / Chemische Verfahrenstechnik
open_access (DINI-Set):open_access

$Rev: 13581 $