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Untersuchung von festen Basenkatalysatoren und Aufbau eines kontinuierlich betriebenen Festbettreaktors für heterogen katalysierte Aldolreaktionen von n- und i-Butyraldehyd = Investigation of Solid Base Catalysts and Setup of a Continuously Operated Fixed Bed Reactor for Heterogeneously Catalysed Aldol Reactions of n- and i-Butyraldehyde



Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Henrike Kleineberg

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2015

UmfangX, 155 Bl. : Ill., graph. Darst.


Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2014

Prüfungsjahr: 2014. - Publikationsjahr: 2015


Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
;

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2014-12-09

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2015-007489
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/462892/files/462892.pdf
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/462892/files/462892.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

  1. Lehrstuhl für Heterogene Katalyse und Technische Chemie (155310)
  2. Fachgruppe Chemie (150000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Chemie (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 540

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.

The aldol reactions of n-butyraldehyde, and i-butyraldehyde with formaldehyde, respectively, are industrially important reactions which are currently being catalysed by homogeneous bases. In order to optimise the large-scale processes in terms of economy and ecology, heterogeneous catalysts were developed and investigated regarding structure-activity relationships. Furthermore, the aldol reactions were carried out in a continuously operated fixed bed reactor.In the catalytic aldol reaction of n-butyraldehyde, the condensation product 2-ethyl-2-hexenal was predominantly formed while the production of the addition product 2-ethyl-3-hydroxyhexanal turned out to be challenging due to the ready elimination of water. As catalysts, different metal oxides as well as MgO supported alkaline metal hydroxides were applied. Especially the degree of surface dehydration, i.e. the number of Brønsted basic hydroxyl groups, and the basic strength were observed to have an influence on the catalytic activity.The aldol addition of i-butyraldehyde with formaldehyde to produce hydroxypivaldehyde (HPA) was carried out using hydrotalcites, spinels, perovskites and metal nitrides as catalysts. The conversion and selectivity generally followed an opposing trend when varying the reaction conditions which was related to the increased formation of side products. A dependency of the catalytic activity on the concentration of Brønsted basic hydroxyl groups was observed. Amongst the metal nitrides, AlN, which was hydrolysed to the more basic boehmite during the reaction, was identified as the most promising catalyst.The application of selected catalysts in a continuously operated fixed bed rector led to very promising result with mostly very high selectivities in both the aldol reaction of n-butyraldehyde and that of i-butyraldehyde with formaldehyde. The formation of side products was mostly reduced due to shorter contact times.

OpenAccess:
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Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis

Format
online, print

Sprache
German

Externe Identnummern
HBZ: HT018609989

Interne Identnummern
RWTH-2015-00748
Datensatz-ID: 462892

Beteiligte Länder
Germany

 GO


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The record appears in these collections:
Document types > Theses > Ph.D. Theses
Faculty of Mathematics, Computer Science and Natural Sciences (Fac.1) > Department of Chemistry
Publication server / Open Access
Public records
Publications database
155310
150000

 Record created 2015-02-11, last modified 2023-04-08