One-pot hydrogenation of carbon dioxide to methyl formate in an automated continuous-flow set-up

• "One-pot" Hydrierung von Kohlenstoffdioxid zu Methylformiat in einer automatisierten kontinuierlichen Anlage

Kühnrich, Ivo Robert; Leitner, Walter (Thesis advisor); Liauw, Marcel (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2022)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2022

Kurzfassung

In der vorliegenden Doktorarbeit wurde ein Katalysatorsystem entwickelt für die kontinuierliche CO2 Hydrierung mit Methanol zu Methylformiat in einem einzelnen Reaktor ("one-pot"). Der "one-pot" Ansatz ist vorteilhaft in Bezug auf die gute Extrahierbarkeit des hochflüchtigen Produkts Methylformiat. Nicht-flüchtige ionische Flüssigkeiten wurden als Reaktionsmedium für einen homogenen Ru-Katalysator eingesetzt, wodurch die Anwendung als Katalysatorphase unter kontinuierlichen Bedingungen ermöglicht wurde. Neue Imidazoliumcarboxylate wurden synthetisiert und diese hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit als Reaktionsmedium untersucht. Die Feinabstimmung der Wasserstoffbrückenbindungseigenschaften der Imidazoliumcarboxylate wurde als entscheidend identifiziert, um die gegensätzlichen Anforderungen des Hydrierungs- und Veresterungsschritt in der Synthese von Methylformiat in Einklang zu bringen. Eine automatisierte, kontinuierliche Anlage wurde konstruiert, die die Implementierung eines selbst-optimierenden Systems unter Verwendung eines Algorithmus zum maschinellen Lernen ermöglichte. Die Reaktionsbedingungen wurden optimiert und ein maximaler Umsatz von Methanol zu Methylformiat von 23 % erreicht, sowie eine Gewichts-Zeit-Ausbeute von 38.7 gMFgRu−1h−1. Anhaltende Stabilität und Aktivität der ionischen Flüssigkeit und des Katalysators konnte in kontinuierlichem Betrieb für fast sechs Tage nachgewiesen werden. Außerdem wurde die Anwendung Lewis-acider Co-Katalysatoren erprobt und geeignete Reaktionsbedingungen gefunden, die ihre Stabilität in der Katalysatorphase wahren.