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Zusammenfassung

Ziel dieser Arbeit ist die systematische Untersuchung der Zusammenhänge zwischen Synthese, Struktur
und Aktivität von großtechnisch eingesetzten Cu/ZnO/Al₂O₃-Katalysatoren in der Methanolsynthese. Die
Untersuchung wurde mithilfe der Hochdurchsatzmethode für ein Aktivitäts-Screening und unter Weiter-
entwicklung einer spezifischen HT-Analytikmethode (IR-Frontalchromatografie) durchgeführt. Dabei lag
der Schwerpunkt auf dem Auffinden von Herstellungsbedingungen für Katalysatoren mit höchstmöglicher
Leistung, gemessen an einem technisch eingeführten Standardkatalysator.
Die CuO/ZnO/Al₂O₃-Katalysatoren (Verhältnis Cu/Zn/Al: 6/3/1) wurden für das Hochdurchsatz-
Screening unter kontrollierten Reaktionsbedingungen (pH 4 bis 10, T 30 bis 70 °C) nach der Fällungsme-
thode bei konstantem pH-Wert hergestellt. Die Katalysatoren wurden systematisch auf den Einfluss der
Herstellungsparameter (pH-Wert, Fällungstemperatur) auf die folgenden Zielgrößen untersucht: Spezifi-
sche Methanol-Aktivität, BET- und Cu(0)-Oberflächen, Präkursor- sowie Katalysatorzusammensetzung.
Katalysator-Produktivität, BET- und Cu(0)-Oberfläche erreichen übereinstimmend bei Katalysatoren die
höchsten Werte, die unter folgenden Fällungsbedingungen hergestellt wurden.
• pH 6 bis 7 (60° C); BET: 115 m²/g; Cu(0): 28 m²/g; Produktivität: 120 %
• pH 6 bis 7 (70° C); BET: 110 m²/g; Cu(0): 24 m²/g; Produktivität: 115 %
• pH 9 bis 10 (70 °C); BET: 100 m²/g; Cu(0): 26 m²/g; Produktivität: 95 %
Die Katalysatorproduktivität bezieht sich in allen Fällen auf den industriellen Referenzkatalysator Katalco
51-8 (Johnson-Matthey, Produktivität: ca. 30 mol MeOH / kg▪h). Das pulverdiffraktometrische Screening
der Katalysatoren zeigt, dass alle Katalysatoren aus dem oben genannten Fällungsbereich Zink-Malachit
enthalten. Die Partikelgrößen liegen zwischen 50 und 100 nm. Zink-Malachit ist somit offensichtlich eine
Voraussetzung für eine überdurchschnittliche Aktivität der CuO/ZnO/Al₂O₃-Katalysatoren. Weiterhin
weisen viele Proben aus diesem Bereich kleine Kupfer(II)-Oxid-Partikel (5 bis 10 nm) auf.
Generell erreichen Katalysatoren, die unter konstantem pH-Wert gealtert wurden, deutlich höhere Aktivitäten als die frei gealterten Katalysatoren. Übereinstimmend für alle getesteten Katalysatoren ist ein An-
stieg von BET-, Cu(0)-Oberfläche und Produktivität innerhalb der ersten 20 min Alterungszeit festzustellen. Nach ca. einer Stunde Alterung der Präkursoren nimmt die Produktivität aller Katalysatoren ab. Ein
Zusammenhang zwischen der Ausbildung von kristallinen Phasen (Zn-Malachit) im Präzipitat - verbunden
mit einem Anstieg des pH-Wertes - und zunehmender Aktivität nach ca. 20 min Alterungszeit ist anzunehmen.