Katalysatortests am laufenden Band
Serielles Hochdurchsatz-Screening molekularer Katalysatoren
Maßgeschneiderte Katalysatoren beschleunigen chemische Reaktionen, minimieren den Energieverbrauch und helfen Nebenprodukte vermeiden. Doch die Entwicklung eines geeigneten Katalysators ist oftmals langwierig und kostenintensiv. Die Institut für Mikrotechnik Mainz GmbH (IMM) und das Labor Génie de Procédés Catalytiques des CNRS Lyon haben hierfür ein System zum seriellen Hochdurchsatz-Screening molekularer Katalysatoren für mehrphasige Reaktionen entwickelt. Dank kontinuierlicher Reaktionsführung sowie automatisierter Probenhandhabung und Detektion verzehnfachte sich der Probendurchsatz im Vergleich zu Katalysatortests im konventionellen Batch-Verfahren; die benötigte Probenmenge sank um den Faktor 50. Mit nur wenigen Mikrogramm Katalysator lassen sich nun beispielsweise bei einer asymmetrischen Hydrierung in einem Zweiphasengemisch (gas/flüssig) bis zu 40 Proben pro Tag testen. Möglich wurde dies durch einen Schlitz-Interdigital-Mikromischer des IMM, dessen Bauweise für Screening-Anwendungen optimiert wurde.
Um mit dem Mikromischer Gas/Flüssig-Dispersionen einheitlicher Blasengröße bei hoher Fließgeschwindigkeit zu erzeugen, fertigten die Ingenieure des IMM mittels Laserablation ein mikrostrukturiertes Inlay aus Polycarbonat mit drei Kanälen (Kanalweite 30 µm). Das Inlay verkleinert die Mischzone und reduziert die Signalbreite bei der Detektion. So lassen sich Katalysator-Substrat-Mischungen in schnellerer Abfolge (etwa 10 min) in den kontinuierlichen Eduktstrom injizieren.
Die Entwicklung des Hochdurchsatz-Screening-Systems ist Teil des EU-Projekts KEMICC (Key elements for the application of microreactors in multiphasic catalytic chemistries).
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