Hydrodehalogenierung und Hydrierung von (Chlor-) Kohlenwasserstoffverbindungen an verschiedenen Edelmetallkatalysatoren in wässriger Lösung

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

1.1 Problemstellung

1.2 Eintrag der Schadstoffe in das Grundwasser

1.3 Sanierungsverfahren

1.4 Aufgabenstellung und Zielsetzung

2 Grundlagen der Katalyse

2.1 Definition eines Katalysators

2.2 Einteilung der Katalysatoren

2.3 Heterogene Katalyse

2.3.1 Adsorption - Unterscheidung in Physisorption und Chemisorption

2.3.2 Bedeckungsgrad und Adsorptionsisothermen

2.3.3 Mechanismen zum Aufstellen von Geschwindigkeitsgleichungen

2.3.4 Energetische Aspekte der heterogenen Katalyse

3 Material und Methoden

3.1 Auswahl und Charakterisierung der Katalysatoren

3.1.1 Auswahl der Katalysatoren

3.1.2 Charakterisierung der eingesetzten Katalysatoren

3.2 Charakterisierung der Schadstoffklassen

3.2.1 Monozyklische aromatische Chlorkohlenwasserstoffe

3.2.2 PAK

3.2.2 PCB

3.2.4 Leichtflüchtige aliphatische Chlorkohlenwasserstoffe (LCKW)

3.3 Versuchsaufbau und Versuchsdurchführung

3.4 Analyse der Proben mittels GC/FID bzw. GC/MS

3.4.1 Analyse der Proben beim Abbau von 1,2-Dichlorbenzol, Naphthalin und 4-Chlorbiphenyl mittels GC/MS

3.4.2 Analyse der Gasphasenproben beim Abbau von PCE mittels GC/FID

3.4.3 Erläuterungen zur Vorgehensweise bei der Analyse der Proben mittels GC/MS

3.4.4 Quantifizierung mittels externem und internem Standard

4 Ergebnisse

4.1 Abbau von 1,2-Dichlorbenzol

4.1.1 Abbau von 1,2 Dichlorbenzol an Pd/Al2O3

4.1.2 Abbau von 1,2 Dichlorbenzol an Pt/Al2O3

4.1.3 Abbau von 1,2 Dichlorbenzol an Rh/Al2O3

4.1.4 Abbau von 1,2 Dichlorbenzol an Ru/Al2O3

4.2 Abbau von 4-Chlorbiphenyl

4.2.1 Abbau von 4-Chlorbiphenyl an Pd/Al2O3

4.2.2 Abbau von 4-Chlorbiphenyl an Pt/Al2O3

4.2.3 Abbau von 4-Chlorbiphenyl an Rh/Al2O3

4.2.4 Abbau von 4-Chlorbiphenyl an Ru/Al2O3

4.3 Abbau von Naphthalin

4.3.1 Abbau von Naphthalin an Pd/Al2O3

4.3.2 Abbau von Naphthalin an Pt/Al2O3

4.3.3 Abbau von Naphthalin an Rh/Al2O3

4.3.4 Abbau von Naphthalin an Ru/Al2O3

4.4 Abbau von PCE

4.4.1 Abbau von PCE an Pd/Al2O3

4.4.2 Abbau von PCE an Pt/Al2O3

4.4.3 Abbau von PCE an Rh/Al2O3

4.4.4 Abbau von PCE an Ru/Al2O3

5 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen

5.1 Vergleich der Katalysatoren

5.2 Ausblick

Zielsetzung und Themen

Die Arbeit untersucht die katalytischen Fähigkeiten der Edelmetalle Palladium, Platin, Rhodium und Ruthenium zur Hydrodehalogenierung und Hydrierung umweltrelevanter Schadstoffe in wässriger Lösung unter Wasserstoffzugabe, mit dem Ziel, umweltverträgliche Abbauprodukte zu erzeugen und die Reaktionsgeschwindigkeiten zu vergleichen.

• Katalytischer Abbau von CKW, PAK und PCB
• Einsatz von Edelmetallkatalysatoren auf Trägermaterialien
• Vergleich der Reaktionsgeschwindigkeiten und Selektivität
• Methoden der Gaschromatographie (GC/FID, GC/MS) zur Analyse
• Untersuchung der Hydrodehalogenierungs- und Hydrierungsleistung

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Die Arbeit thematisiert die Umweltbelastung durch chlorierte Kohlenwasserstoffe und PAK sowie die Notwendigkeit, diese effizient abzubauen, um umweltfreundlichere Sanierungsmethoden zu entwickeln.

2 Grundlagen der Katalyse: Dieses Kapitel erläutert die theoretischen Grundlagen der heterogenen Katalyse, einschließlich Adsorptionsmechanismen, Isothermen und energetischer Aspekte.

3 Material und Methoden: Hier werden die Auswahl und Charakterisierung der eingesetzten Katalysatoren sowie der detaillierte Versuchsaufbau und die analytischen Methoden zur Untersuchung des Schadstoffabbaus beschrieben.

4 Ergebnisse: Dieses Kapitel präsentiert die experimentellen Befunde zum Abbau der verschiedenen Schadstoffe und leitet die entsprechenden Geschwindigkeitsgesetze für die verschiedenen Edelmetallkatalysatoren ab.

5 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen: Hier erfolgt der abschließende Vergleich der Katalysatoren hinsichtlich ihrer Effektivität und ein Ausblick auf notwendige weitere Laboruntersuchungen sowie potenzielle technische Einsätze.

Schlüsselwörter

Hydrodehalogenierung, Hydrierung, Edelmetallkatalysatoren, Palladium, Platin, Rhodium, Ruthenium, 1,2-Dichlorbenzol, 4-Chlorbiphenyl, Naphthalin, PCE, Grundwassersanierung, heterogene Katalyse, Gaschromatographie, Schadstoffabbau

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundsätzlich?

Die Arbeit befasst sich mit der Untersuchung des katalytischen Abbaus von umweltrelevanten chlorierten Kohlenwasserstoffen und PAK durch verschiedene Edelmetallkatalysatoren in wässriger Lösung.

Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?

Zentrale Themen sind die heterogene Katalyse, der Einsatz von Palladium, Platin, Rhodium und Ruthenium als Katalysatormaterialien sowie deren Wirksamkeit bei der Hydrodehalogenierung und Hydrierung spezieller Schadstoffe.

Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?

Ziel ist es, die katalytischen Fähigkeiten der untersuchten Metalle zu evaluieren, die Abbauprodukte zu identifizieren und die Reaktionsgeschwindigkeiten der verschiedenen Katalysatorsysteme miteinander zu vergleichen.

Welche wissenschaftlichen Methoden kommen zum Einsatz?

Es werden Batch-Versuche zur Simulation des Schadstoffabbaus durchgeführt. Die quantitative und qualitative Analyse erfolgt mittels Gaschromatographie mit Flammenionisationsdetektor (GC/FID) bzw. Massenspektrometrie (GC/MS).

Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?

Der Hauptteil umfasst die theoretischen Grundlagen der Katalyse, die detaillierte Beschreibung der verwendeten Materialien und Methoden sowie die Präsentation und Diskussion der Versuchsergebnisse zu den einzelnen Schadstoffgruppen.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Wichtige Begriffe sind Hydrodehalogenierung, Hydrierung, Edelmetallkatalysatoren, Grundwassersanierung, Schadstoffabbau und Gaschromatographie.

Warum ist Rhodium für bestimmte Schadstoffe besonders geeignet?

Rhodium erweist sich als effektiver Katalysator, da es bei Schadstoffen wie 1,2-Dichlorbenzol nicht nur die Hydrodechlorierung ermöglicht, sondern auch den aromatischen Ring zum weniger toxischen Cyclohexan hydrieren kann.

Welche Rolle spielen die Massenbilanzen bei der Bewertung der Ergebnisse?

Die Massenbilanzen dienen dazu, den Erfolg des Schadstoffabbaus zu überwachen. Ein Abfall der Bilanz kann auf Adsorptionseffekte an Gefäßwänden oder Entweichen von Substanzen hinweisen, was bei der Interpretation der Abbaurate berücksichtigt werden muss.