Entwicklung und Charakterisierung von sphärischen gamma-Al2O3-Formkörpern und deren Anwendung als Trägermaterial für Goldkatalysatoren

Im Fokus dieser Arbeit stand die Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung von sphärischen Aluminiumoxidpartikeln mit Durchmessern kleiner als 400 µm sowie die Herstellung von sphärischen Goldträgerkatalysatoren und deren Einsatz in der katalytischen Oxidation von D-Glucose. Für die Herstellung von sphärischen Trägermaterialien wurde ein auf Böhmithydrosolen basierendes Sol-Gel-Verfahren mit dem Strahlschneider-Verfahren kombiniert. Dabei konnte mit den gewählten Verarbeitungsbedingungen exakt sphärische Aluminiumoxidträgermaterialien mit Durchmessern im Bereich von 50 - ca. 400 µm mit einer engen Partikelgrößenverteilung hergestellt werden. Neben den geometrischen Eigenschaften der sphärischen Trägermaterialien wurden ebenfalls die mechanischen (Abriebfestigkeit und Bruchfestigkeit) bzw. die Textureigenschaften (BET-Oberfläche, Porenvolumen und Porenradienverteilung) der hergestellten Formkörper charakterisiert. Dabei wurden unter optimierten Bedingungen Bruchfestigkeiten von 43 N/mm erhalten. Die Textur konnte in einem Bereich für die BET-Oberfläche zwischen 140 und 235 m2/g-1 bzw. für das Porenvolumen zwischen 0,44 und 1 ml/g-1 gezielt eingestellt werden. Zur Herstellung geträgerter Goldkatalysatoren wurde eine Deposition-Precipitation-Methode mit Harnstoff (DP-Urea) als Fällungsmittel verwendet. Die Aktivität der Katalysatoren wurde in Abhängigkeit der Katalysatormenge, der Glucosekonzentration, des Trägermaterials, des Katalysatordurchmessers und des Oxidationsmittels untersucht. Dabei konnten Aktivitäten von bis zu ~900 mmol/(min gAu). Weiter konnte bei der Glucoseoxidation eine ~100 %ige Selektivität bei ~ 100 % Umsatz festgestellt werden. Weiterhin wurden die entsprechenden Katalysatorwirkungsgrade der hergestellten Goldkatalysatoren experimentell und theoretisch bestimmt. Für die Untersuchung der Langzeitstabilität wurden verschiedene Katalysatoren in der kontinuierlichen Glucoseoxidation mit Sauerstoff eingesetzt.