Reaktionskinetik der Epoxidierung von Cycloocten mit perrhenat- und wolframatbasierten ionischen Flüssigkeiten

Titelangaben

Zehner, Bastian:
Reaktionskinetik der Epoxidierung von Cycloocten mit perrhenat- und wolframatbasierten ionischen Flüssigkeiten.
Bayreuth , 2024 . - III, IV, 128 S.
( Dissertation, 2023 , Universität Bayreuth, Fakultät für Ingenieurwissenschaften)
DOI: https://doi.org/10.15495/EPub_UBT_00007879

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Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurde die mizellare Katalyse mit ionischen Flüssigkeiten (ILs) untersucht. Als Modellreaktion diente die Epoxidierung von Cycloocten mit Wasserstoffperoxid in Cyclooctenoxid (und Wasser). Der Umfang der Arbeit kann in drei Teile eingeteilt werden:

1. Für ein grundlegend besseres Verständnis der mizellaren Katalyse durch ILs wurden die physikalischen Eigenschaften der Mizellen genauer studiert. Dabei wurde insbesondere das Phasenverhalten und die kritische Mizellkonzentration, der sogenannte CMC-Wert, in Abhängigkeit der Prozessparameter (Lösungsmittel, Temperatur, IL/Kat.-System) bestimmt.
2. Der von Johannes Schäffer in einer Vorgängerarbeit entwickelte Perrhenat-basierte Katalysator zur Epoxidierung von Cycloocten wurde verbessert. Da Rhenium ein seltenes und teures Metall ist, wurden weitere Katalysatorsysteme gescreent. Die Auswahl fiel nach ersten Vorversuchen auf Wolframat als Aktivmetall. Für das Katalysatorscreening wurden Wolframatsalze zusammen mit verschiedenen mizellbildenden ionischen Flüssigkeiten eingesetzt, um letztlich die aktivste Kombination zu finden. Parallel zu dieser Arbeit wurden beim Kooperationspartner an der TU München katalytische ILs synthetisiert, die direkt im Anion das aktive Wolframat enthalten. Auch diese wurden untersucht.
3. Der am besten geeignete Katalysator wurde in weiteren kinetische Studien und in einem kontinuierlichen Loop-Reaktor eingesetzt. Dabei wurde auch untersucht, ob und in welchem Umfang die unerwünschte Zersetzung des Wasserstoffperoxids (z. B. katalysiert durch die Edelstahlwand des Reaktors) abläuft.

Abstract in weiterer Sprache

In this study, micellar catalysis with ionic liquids (ILs) was investigated. The epoxidation of cyclooctene with hydrogen peroxide in cyclooctene oxide (and water) served as a model reaction. The scope of the work can be divided into three parts:
1. For a fundamentally better understanding of micellar catalysis by ILs, the physical properties of the micelles were studied in more detail. In particular, the phase behavior and the critical micelle concentration, the so-called CMC value, were determined as a function of the process parameters (solvent, temperature, IL/catalyst system).
2. The perrhenate-based catalyst for the epoxidation of cyclooctene developed by Johannes Schäffer in a previous project was improved. As rhenium is a rare and expensive metal, further catalyst systems were screened. After initial preliminary tests, tungstate was selected as the active metal. For the catalyst screening, tungstate salts were used together with various micelle-forming ionic liquids in order to ultimately find the most active combination. Parallel to this work, catalytic ILs containing the active tungstate directly in the anion were synthesized at the cooperation partner at the Technical University of Munich. These were also investigated.
3. The most suitable catalyst was used in further kinetic studies and in a continuous loop reactor. It was also investigated whether and to what extent the undesired decomposition of the hydrogen peroxide (e.g. catalyzed by the stainless steel wall of the reactor) takes place.