Fundamental Studies on Catalyst Deactivation and Corrosion Phenomena under Biomass Feed and the Interaction with Polar Biomass-Derived Molecules

生物质供给下催化剂失活和腐蚀现象及其与极性生物质衍生分子相互作用的基础研究

基本信息

项目摘要

The conversion and valorization of biomass and biomass-derived raw materials is of major importance for the future sustainable supply of energy and basic chemicals, especially with regard to the continuously shrinking crude oil, natural gas and coal resources. In contrast to petrochemical reactions, catalytic conversion of biomass often proceeds in the liquid phase, due to the polarity of these molecules. The interaction of polar molecules with heterogeneous catalyst surfaces in the liquid phase will be studied in order to gain more insight into the molecular processes that lead to catalyst corrosion and deactivation. Important deactivation pathways are leaching of the active phase and the support, particle sintering, poisoning by strong adsorbing reaction intermediates and products as well as the formation of coke and oligomeric species. These processes will be investigated on well-defined model catalysts, i.e. flat substrates with supported catalyst particles, which allow for advanced characterization by microscopic, optical and electronic spectroscopy methods, preferentially under in-situ or operando conditions. As reaction systems the conversions of glycerol, glucose, succinic and maleic acid as well as cellulose will be used as typical model systems, containing the prototype functional groups (i.e., ROH, HRC=O, R2C=O and RCOOH) for biomass related conversions.The molecular level understanding will be later transferred to industrially relevant reaction conditions applying supported catalyst particles in high pressure/high temperature reactors with operando spectroscopic analysis of the working catalysts. Based on the gained knowledge, new concepts for the stabilization of the applied catalysts will be developed.
生物质和生物质衍生的原材料的转化和价值对于未来的能源和基本化学物质的可持续供应至关重要,尤其是在不断缩小的原油,天然气和煤炭资源方面。与石化反应相反,由于这些分子的极性,生物质的催化转化通常在液相进行。将研究液相中极性分子与异质催化剂表面的相互作用,以便更多地了解导致催化剂腐蚀和失活的分子过程。重要的失活途径是浸出活性相,颗粒烧结,强烈的吸附反应中间体和产物中毒以及可乐和低聚物种的形成。这些过程将在定义明确的模型催化剂上进行研究,即具有支持的催化剂颗粒的平坦底物,这可以通过显微镜,光学和电子光谱方法进行先进的表征,优先在原地或操作系统条件下进行。作为反应系统,甘油,葡萄糖,琥珀酸和马来酸以及纤维素的转化将被用作典型的模型系统,其中包含原型官能团(即ROH,HRC = O,R2C = O和RCOOH),用于生物量相关的相关的较高的反应型在较高的反应反应中,将其用于生物量的高度转移。工作催化剂的光谱分析。基于获得的知识,将开发用于稳定应用催化剂的新概念。

项目成果

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