Metalloxidgerüste werden optimiert
Werkstoffe mit neuartigen Strukturen und Eigenschaften bilden die Basis spannender neuer Anwendungen. Zu diesen Materialien zählen auch Metalloxidgerüste (Metal oxide frameworks), die vor fast 20 Jahren zum ersten Mal hergestellt wurden. Sie weisen sehr starke chemische Bindungen auf, die ihnen Steifigkeit zu verleihen. Gleichzeitig sind sie im Inneren unvorstellbar leer und bilden nicht nur einen idealen Speicherraum für Gase, sondern haben auch riesige Oberflächen für chemische Reaktionen. Das EU-finanzierte Projekt "MOFs as catalysts and adsorbents: discovery and engineering of materials for industrial applications" (MACADEMIA) zielte auf gesteigerte Effizienz und weniger Umweltbelastung im Vergleich zu konventionellen Verfahren ab. Der Schwerpunkt lag auf Gastrennung und -speicherung, Flüssigkeitstrennung und Katalyse. Man stellte hunderte Proben her und entwickelte eine neuartige Hochdurchsatz-Screening-Technologie, um die Leistung zu beurteilen. Bei der Gastrennung und -speicherung konzentrierte man sich hauptsächlich auf energiebezogene Anwendungen und Kohlenwasserstoffe. Das Team untersuchte die Trennung von Propan-Propen-Gemischen, die Stickstoffrückgewinnung aus leichten Kohlenwasserstoffen und die Abtrennung von Benzol aus Kohlenwasserstoffen. Man identifizierte zahlreiche vielversprechende Materialien. In Sachen Flüssigphasenabsorption und -trennung lag der Schwerpunkt auf der Xylolabtrennung zur Herstellung von Polyester und anderen Kunststoffen und der Stickstoff-/Schwefeladsorption, um die Schwefelgehalte in Kraftstoffen zu senken. MACADEMIA untersuchte außerdem Katalysatoren zur Lewis-Säure-Katalyse, die eine wichtige durch Metall katalysierte Reaktion ist, bei der Hintergrundreaktionen und der Mangel an Spezifität das Hauptproblem darstellen. Metallgerüste mit regelmäßiger Periodizität der aktiven Stellen können als Single-Site-Katalysatoren für hohe Selektivität und Ausbeute mit verminderter Energie wirken. Man entwickelte und überprüfte mehrere Materialien, die aufgrund der regelmäßigen Organisation aktiver Zentren in den Gerüsten eine höhere katalytische Aktivität als konventionelle Materialien zeigten. Die Wissenschaftler entwickelten außerdem Prozesssimulationen und Vorhersagemodelle, um die Entwicklung von Materialien und den Aufbau von Pilotanlagen zu unterstützen. Die Ergebnisse führten zu mehreren Patenten und 97 von Experten begutachteten Publikationen in hochrenommierten wissenschaftlichen Fachzeitschriften. Sorptionsgestützte Prozesse zur Gas- und Flüssigkeitstrennung und Katalyse können maßgeblich zur Ökologisierung konventioneller industrieller Verfahren beitragen. Das kommerzielle Potenzial von Metalloxidgerüsten zur Kunststoffherstellung, Kraftstoffaufbereitung, Kohlendioxidabscheidung und Katalyse ist recht vielversprechend. MACADEMIA hat den Weg zukünftiger Entwicklungsrichtungen aufgezeigt.
Schlüsselbegriffe
Speicherung, Lagerung, chemische Reaktionen, Metalloxidgerüste, Metal oxide frameworks, Gastrennung, Flüssigkeitstrennung, Katalyse, Propan, Stickstoff, Benzol, Xylol, Lewis-Säure
