Salzsäurebehandlung verbessert Katalysatoren zur Entschwefelung von Erdöl |
Ein Forschungsteam der Technischen Universität München (TUM) unter Leitung des Chemikers Johannes Lercher hat ein Syntheseverfahren entwickelt, mit dem sich die Aktivität von Katalysatoren zur Erdöl-Entschwefelung um ein Vielfaches steigern lässt. Das neue Verfahren lässt sich möglicherweise auch für Katalysatoren in Brennstoffzellen einsetzen.
Erdöl enthält sehr viel Schwefel. Um daraus Kraftstoffe zu machen, müssen die Schwefelverbindungen mit Hilfe von Wasserstoff entfernt werden. Hydrotreating nennen Fachleute dieses Verfahren, das mit Hilfe von Katalysatoren realisiert wird.
Unter der Leitung von Prof. Johannes Lercher und Dr. Hui Shi hat ein
Forscherteam am Lehrstuhl für Technische Chemie II der TU München nun
ein Verfahren entwickelt, mit dem sich die Aktivität dieser
Katalysatoren um ein Vielfaches steigern lässt: Sie behandelten dazu die
katalytisch aktiven Metallsulfide vorab mit konzentrierter Salzsäure.
Wichtig für die Umwelt
Das
Hydrotreating ist einer der wichtigsten, katalytischen Prozesse –
sowohl im Hinblick auf die eingesetzten Katalysatormengen als auch in
Bezug auf die Menge der verarbeiteten Rohstoffe. Mit Wasserstoff unter
hohem Druck werden dabei Verunreinigungen wie Schwefel- oder
Stickstoffverbindungen möglichst vollständig aus dem Rohöl entfernt.
„Derartige
Verunreinigungen würden später zu Schwefeldioxid und Stickoxiden
verbrennen, was negative Auswirkungen auf die Umwelt, vor allem auf die
Luftqualität zur Folge hätte“, sagt Manuel Wagenhofer, Erstautor der in
Science Advances veröffentlichten Studie. Zudem würden Schwefel- und
Stickstoffverbindungen auch Edelmetalle in Abgaskatalysatoren moderner
Fahrzeuge beschädigen und ihre Wirksamkeit drastisch verringern.
Ein erstaunlicher Effekt der Salzsäure
Die
TUM-Chemiker untersuchten solche Mischmetallsulfid-Katalysatoren auf
ihre Wirksamkeit beim Hydrotreating. Dazu synthetisierten sie in
mehreren Prozessschritten zunächst Nickel-Molybdän-Sulfide, im Anschluss
behandelten sie sie mit Säure.
„Es war erstaunlich, wie stark
die Zugabe von konzentrierter Salzsäure die katalytische Leistung
erhöht“, sagt Wagenhofer. „Salzsäure verbessert die Zugänglichkeit zu
aktiven Zentren in den Katalysatoren, indem es weniger aktive
Komponenten, vor allem Nickelsulfide, entfernt. Es entstehen reinere und
damit aktivere Mischmetallsulfide.“
Großer Nutzen für die Grundlagenforschung
Die
Ergebnisse der TUM-Chemiker sind auch für die Grundlagenforschung von
großer Bedeutung. Die gereinigten Mischmetallsulfide lassen sich nämlich
wissenschaftlich leichter untersuchen.
„Wir konnten dadurch
beispielsweise an den so behandelten Katalysatoren aktive Zentren
identifizieren und quantifizieren“, erklärt Lercher. „Das war nur
möglich, weil die Oberfläche nicht mehr mit Nickelsulfid belegt war.“
Prinzipiell
lasse sich die Säurebehandlung als Untersuchungsinstrument für eine
Reihe ähnlicher Katalysatoren nutzen, um diese zu optimieren, etwa auch
für die Anwendung mit Ölen aus nachwachsenden Rohstoffen, die künftig in
Raffinerien zu klimaneutralen Kraftstoffen umgewandelt werden sollen.
„Wenn
wir Mischmetallsulfid-Katalysatoren besser verstehen, können wir sie
eventuell auch für den Einsatz in anderen wichtigen Zukunftsfeldern wie
Wasserelektrolyse oder Wasserstoff-Brennstoffzellen dramatisch
verbessern“, sagt Johannes Lercher.
Den Artikel finden Sie unter:
https://www.tum.de/nc/die-tum/aktuelles/pressemitteilungen/details/36199/
Quelle: Technische Universität München (08/2020)
Publikation: Enhancing hydrogenation activity of Ni-Mo sulfide hydrodesulfurization catalysts. Manuel F. Wagenhofer, Hui Shi, Oliver Y. Gutierrez, Andreas Jentys, Johannes A. Lercher. Science Advances 2020, Vol. 6, no. 19, eaax5331, DOI: 10.1126/sciadv.aax5331 |