Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

Institut für Chemie

Fachgebiet: Heterogene Katalyse

Für die Oxidation von Methan wurden im Rahmen dieser Arbeit Katalysatorsysteme mit verbesserter i) Stabilität, ii) Selektivität und iii) Aktivität realisiert.

i) Eine Stabilitätserhöhung von Eisenmolybdatkatalysatoren wurde durch Zugabe verschiedener Additive während der hydrothermalen Synthese erreicht. Dadurch konnte die Zielphase Fe₂(MoO₄)₃ stabilisiert in Aggregaten hergestellt werden. An diesen Katalysatoren wurde anschließend die partielle Oxidation von Methan zu Formaldehyd durchgeführt. Es zeigte sich jedoch, dass die erreichbaren Raum-Zeit-Ausbeuten unter denen klassischer VO_x/Silica-Systeme liegen.
ii) Eine deutliche Selektivitätsverbesserung bei der Oxidation von CH₄ an CeO₂-Katalysatoren konnte durch die gezielte Synthese des CeO₂ über ein Cer(III)-carbonat-Intermediat realisiert werden. Während an klassisch hergestellten Ceroxiden fast ausschließlich CO₂ gebildet wurde, lieferte die Anwendung dieses Katalysators eine mehr als 40 %ige Selektivität zu C₂-Kupplungsprodukten.
iii) Aktivitätssteigerungen bei der Totaloxidation von Methan wurden für das Katalysatorsystem Pd/CeO₂ durch Verwendung von porösem Glas als dispergierende und stabilisierende Komponente erreicht. An zwei Katalysatoren fand bei sehr niedrigen Temperaturen von 305 bzw. 350 °C vollständige Oxidation von Methan zu CO₂ statt, was im Bereich der niedrigsten aus der Literatur bekannten Werte liegt. Zusätzlich zeichnen sich die Katalysatoren durch eine sehr gute Laufzeitstabilität aus.

Within this thesis catalyst systems for the oxidation of methane with improved i) stability, ii) selectivity and iii) activity were established.

i) The stability enhancement of iron molybdate catalysts was achieved through the addition of different additives during hydrothermal crystallisation. Thus, the stable Fe₂(MoO₄)₃ structure could be synthesized in aggregate form and subsequently tested for the partial oxidation of methane to formaldehyde. However, the resulting space-time-yields were below that of classical VO_x/Silica systems.
ii) A selectivity improvement for the oxidation of methane using CeO₂ catalysts was accomplished by a targeted synthesis of CeO₂ via a Cerium(III)-carbonate-intermediate. While classically prepared cerium oxides produced nearly exclusively CO₂, the usage of this catalyst resulted in a selectivity of more than 40 % to C₂ coupling products.
iii) Regarding the total oxidation of methane catalyst activity was improved for Pd/CeO₂ by introducing porous glass as dispersing and stabilising component. With two catalysts full conversion of methane to CO₂ was accomplished at very low temperatures of 305 and 350 °C, respectively, which is in the range of the lowest temperatures described in literature. Additionally, these catalysts possess a good on stream stability.