Olefinmetathese von Ölsäuremethylester in Mehrphasensystemen aus ionischen Flüssigkeiten und überkritischem Kohlendioxid

  • Olefin metathesis of oleic acid methyl ester in multi-phase systems from ionic liquids and supercritical carbon dioxide

Hermanns, Thomas; Leitner, Walter (Thesis advisor); Klankermayer, Jürgen (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2016)
Doktorarbeit

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2015

Kurzfassung

Die Verwendung biogener Ressourcen für die Rohstoffversorgung ist von wachsender Bedeutung. Fette und Öle aus nachwachsenden Quellen bieten mit ungesättigten Fettsäuren einen Ansatz zur Herstellung verschiedenster Zwischen- und Endprodukte der chemischen Industrie. In der vorliegenden Arbeit wird ein Reaktionssystem zur Umsetzung von ungesättigten Fettsäureestern durch homogen katalysierte Olefinmetathese am Beispiel von Ölsäuremethylester (OME) untersucht. Zur Abtrennung des Katalysators von den Produkten werden Mehrphasensysteme verwendet, bei denen der Katalysator in einer polaren, nicht flüchtigen Phase und das Substrat in einer unpolaren, flüchtigen Phase gelöst vorliegen. Für die Katalysatorphase werden dafür ionische Flüssigkeiten (IL) als Lösungsmittel eingesetzt, während das Substrat bzw. die Produkte mit überkritischem Kohlendioxid (scCO2) ein- und ausgetragen wird. Mit der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, dass sich für das Mehrphasensystem kommerziell erhältliche Alkylimidazolium-IL und kommerzielle Katalysatoren vom Hoveyda-Grubbs-Typ eignen, um die Selbstmetathese von OME im Mehrphasensystem mit vollen Umsätzen (50 %) innerhalb von 30 min durchzuführen. Für die Kreuzmetathese mit Ethen (Ethenolyse) wird dem kommerziellen Katalysator ein Rutheniumkatalysator mit Indenylidenligand gegenüber gestellt, der von einem Kooperationspartner zur Verfügung gestellt wurde. Dieser Katalysator zeigt im Mehrphasensystem mit 80 % Umsatz und 95 % Selektivität eine sehr gute Aktivität hinsichtlich der Ethenolyse. Mit einem Gemisch aus beiden Katalysatoren war es möglich die Reaktionsführung zwischen Selbstmetathese und Ethenolyse beliebig zu wechseln.Mehrphasensysteme wie die vorgestellten ermöglichen eine kontinuierliche Reaktionsführung. Daher wurde im Rahmen dieser Arbeit eine Hochdruckanlage mit kontinuierlich betriebenem Rührkessel konzipiert, gebaut und das vorgestellte Reaktionssystem darin untersucht. Darüber hinaus bietet die vorgestellte Anlage die Möglichkeit einer Komponententrennung innerhalb des Produktstroms ohne die Notwendigkeit, das Transportmedium scCO2 zu entspannen und das abgetrennte Produkt für Folgeprozesse erneut in CO2 aufzunehmen. In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, dass sowohl die IL als stationäre Phase als auch ein nachgeschalteter Temperaturgradient jeweils signifikanten Einfluss auf die Verteilung der Produkte im Produktstrom haben, und dass mit einer ausgewählten Reaktionsführung das Verhältnis der Selbstmetatheseprodukte von 1:1 auf über 8:1 gesteigert werden kann. Eine derartige Auftrennung der Produkte bietet zukünftig die Möglichkeit gezielt Folgereaktionen mit einem der Produkte durchzuführen, während das andere zurückgeführt werden könnte.

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