Title:
Verfahren zur Herstellung eines katalytisch aktiven Formkörpers und katalytisch aktiver Formkörper
Kind Code:
A1


Abstract:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines katalytisch aktiven Formkörpers (1) mit folgenden Schritten:
Bereitstellen eines aus einer Legierung hergestellten Pulvers, wobei die Legierung ein erstes und ein vom ersten Element verschiedenes zweites Element umfasst, welches mittels einer flüssigen Phase selektiv aus der Legierung entfernbar ist,
Herstellen des Formkörpers (1) gemäß einer vorgegebenen Geometrie aus dem Pulver mittels eines additiven Formgebungsverfahrens und
selektives Entfernen zumindest eines Teils des zweiten Elements aus der Legierung mit der flüssigen Phase, so dass zumindest an einer Oberfläche des Formkörpers (1) das erste Element zurückbleibt und eine poröse Struktur bildet.




Inventors:
Enzenberger, Florian (91052, Erlangen, DE)
Guschelbauer, Ralf (90443, Nürnberg, DE)
Körner, Carolin, Prof. (90537, Feucht, DE)
Lodes, Matthias, Dr. (90443, Nürnberg, DE)
Wasserscheid, Peter, Prof. (91054, Erlangen, DE)
Application Number:
DE102016207146A
Publication Date:
08/17/2017
Filing Date:
04/27/2016
Assignee:
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, 91054 (DE)
International Classes:



Other References:
Wainwright, M.S. (1996): Preparation and Utilization of Raney Copper and Raney Copper-Zinc catalysts, Chem. Ind. (Catalyses of Organic Reactions) 68, S. 213–230
Smith, A.J.; Trimm, D.L. (2005): The Preparation of Skeletal Catalysts, Annu. Rev. Mater. Res., 35, S. 127–42.
Peters, W.; et al. (2015): Efficient hydrogen release from perhydro-Nethylcarbazole using catalyst-coated metallic structures produced by selective electron beam melting, Energy Environ. Sci. 8, (2), S. 641–649
Lodes, M.A.; et al. (2015), Process development for the manufacturing of 99.94% pure copper via selective beam melting, Materials, Letters 143, S. 298–301
Attorney, Agent or Firm:
Simon, Josef, Dipl.-Ing., 91052, Erlangen, DE
Claims:
1. Verfahren zur Herstellung eines katalytisch aktiven Formkörpers (1) mit folgenden Schritten:
Bereitstellen eines aus einer Legierung hergestellten Pulvers, wobei die Legierung ein erstes und ein vom ersten Element verschiedenes zweites Element umfasst, welches mittels einer flüssigen Phase selektiv aus der Legierung entfernbar ist,,
Herstellen des Formkörpers (1) gemäß einer vorgegebenen Geometrie aus dem Pulver mittels eines additiven Formgebungsverfahrens und
selektives Entfernen zumindest eines Teils des zweiten Elements aus der Legierung mit der flüssigen Phase, so dass zumindest an einer Oberfläche des Formkörpers (1) das erste Element zurückbleibt und eine poröse Struktur bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei 5 bis 99,5 Gew.%, vorzugsweise 60 bis 98 Gew.%, besonders bevorzugt 80 bis 95 Gew.% der Legierung durch das erste Element gebildet sind.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Element aus einem der folgenden Metalle gebildet ist: Cu, Ni, Co, Fe, Ru.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Element aus einem der folgenden Metalle gebildet ist: Al, Si, Zn, Cr, Mg, Zr, Ti, V.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Legierung als ein drittes Element eines der folgenden Edelmetalle enthält: Ag, Pt, Pd.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das additive Formgebungsverfahren aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Selektives Elektronenstrahlschmelzen, selektives Laserschmelzen, pulver- oder drahtbasiertes Laserauftragsschweißen.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die flüssige Phase aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Säure, Base.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Formkörper (1) lediglich in vorgegebenen Abschnitten mit der flüssigen Phase in Kontakt gebracht wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Element durch Kontakt mit der flüssigen Phase lediglich oberflächlich aus der Legierung entfernt wird, so dass durch die poröse Struktur gebildete erste Bereiche zweite Bereiche bedecken, wobei die ersten Bereiche ein größeres Porenvolumen als die zweiten Bereiche aufweisen.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Formkörper (1) eine mit einem Fluid durchströmbare zellulare Struktur (2) bildet.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zellulare Struktur (2) in einem Rohr (3) aufgenommen ist.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Formkörper (1) in einstückiger Ausbildung das Rohr (3) und zumindest eine im Rohr (3) aufgenommene zellulare Struktur (2) umfasst.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die zellulare Struktur (2) in einer Ebene erstreckt, welche eine Rohrachse des Rohrs (3) schneidet.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Rohr (3) entlang der Rohrachse aufeinanderfolgend mehrere zellulare Strukturen (2) aufgenommen sind.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Durchbrüche der zellularen Struktur (2) einer Ebene bezüglich weiteren Durchbrüchen einer weiteren zellularen Struktur (2) in einer benachbarten Ebene versetzt angeordnet sind.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die flüssige Phase zur Bildung zweiter Bereiche für eine vorgegebene Zeit durch das Rohr (3) hindurchgeführt wird.

17. Katalytisch aktiver Formkörper (1) mit einer vorgegebenen, mittels eines additiven Formgebungsverfahrens hergestellten zellularen Struktur (2), wobei die zellulare Struktur (2) aus einer ein erstes und ein vom ersten Element verschiedenes zweites Element enthaltenden Legierung hergestellt ist und zumindest an ihrer Oberfläche eine porösen Struktur aufweist, welche durch selektives Entfernen des zweiten Elements mittels einer flüssigen Phase aus der Legierung gebildet ist.

18. Katalytisch aktiver Formkörper (1) nach Anspruch 17, wobei durch die poröse Struktur gebildete erste Bereiche zweite Bereiche bedecken, wobei die ersten Bereiche ein größeres Porenvolumen als die zweiten Bereich aufweisen.

19. Katalytisch aktiver Formkörper (1) nach Anspruch 17 oder 18, wobei zumindest 5 bis 99,5 Gew., bevorzugt 60 bis 98 Gew.%, besonders bevorzugt 80 bis 95 Gew.% der Legierung durch das erste Element gebildet sind.

20. Katalytisch aktiver Formkörper (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei das erste Element aus einem der folgenden Metalle gebildet ist: Cu, Ni, Co, Fe, Ru.

21. Katalytisch aktiver Formkörper (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei das zweite Element aus einem der folgenden Metalle gebildet ist: Al, Si, Zn, Cr, Mg, Zr, Ti, V.

22. Katalytisch aktiver Formkörper (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei die Legierung als ein drittes Element eines der folgenden Edelmetalle enthält: Ag, Pt, Pd.

23. Katalytisch aktiver Formkörper (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei der Formkörper (1) eine mit einem Fluid durchströmbare zellulare Struktur (2) bildet.

24. Katalytisch aktiver Formkörper (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 23, wobei die zellulare Struktur (2) in einem Rohr (3) aufgenommen ist.

25. Katalytisch aktiver Formkörper (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 24, wobei der Formkörper (1) in einstückiger Ausbildung das Rohr (3) und zumindest eine im Rohr (3) aufgenommene zellulare Struktur (2) umfasst.

26. Katalytisch aktiver Formkörper (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 25, wobei sich die zellulare Struktur (2) in einer Ebene erstreckt, welche eine Rohrachse des Rohrs (3) schneidet.

27. Katalytisch aktiver Formkörper (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 26, wobei im Rohr (3) entlang der Rohrachse aufeinanderfolgend mehrere zellulare Strukturen (2) aufgenommen sind.

28. Katalytisch aktiver Formkörper (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 27, wobei die Durchbrüche der zellularen Struktur (2) einer Ebene bezüglich weiterer Durchbrüche einer weiteren zellularen Struktur (2) in einer benachbarten Ebene versetzt angeordnet sind.

29. Katalytisch aktiver Formkörper (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 28, wobei sich der durch die poröse Struktur gebildete erste Bereich an einer inneren Umfangsfläche und der zweite Bereich an einer äußeren Umfangsfläche des Rohrs (3) erstreckt.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines katalytisch aktiven Formkörpers sowie einen katalytisch aktiven Formkörper.

Nach dem Stand der Technik sind sogenannte "Raney-Katalysatoren" allgemein bekannt. Es handelt sich dabei um ein z. B. aus porösen Kupferteilchen gebildetes Pulver. Zur Herstellung der porösen Kupferteilchen wird von Pulverpartikeln ausgegangen, welche beispielsweise aus einer CuAl2-Legierung gebildet sind. Das in der Legierung enthaltene Al wird selektiv mittels einer Lauge entfernt. Es wird insoweit verwiesen auf Wainwright, M.S. (1996): Preparation and Utilization of Raney Copper and Raney Copper-Zinc catalysts, Chem. Ind. (Catalyses of Organic Reactions) 68, S. 213–230.

Das zur Herstellung eines Raney-Katalysators verwendete Ausgangspulver kann z. B. durch Abschrecken einer auf eine Temperatur von etwa 1.400 °C aufgeheizte Vorläuferlegierung hergestellt werden. Es wird insoweit verwiesen auf Smith, A.J.; Trimm, D.L. (2005): The Preparation of Skeletal Catalysts, Annu. Rev. Mater. Res., 35, S. 127–42.

Aus Peters, W.; et al. (2015): Efficient hydrogen release from perhydro-Nethylcarbazole using catalyst-coated metallic structures produced by selective electron beam melting, Energy Environ. Sci. 8, (2), S. 641–649 ist ein Reaktorbehälter bekannt, welcher mittels selektivem Elektronenstrahlschmelzen hergestellt worden ist. Eine interne Struktur des Reaktors ist nachfolgend mit einer katalytisch aktiven Schicht beschichtet worden.

Lodes, M.A.; et al. (2015), Process development for the manufacturing of 99.94% pure copper via selective beam melting, Materials, Letters 143, S. 298–301 offenbart die Herstellung reiner Formkörper aus Kupfer mit einer Dichte von mehr als 99%.

Die herkömmliche Herstellung von pulverförmigen Raney-Katalysatoren oder von mit Raney-Pulver beschichteten Formkörpern erfordert einen hohen Aufwand. Pulverförmige oder in Form eines Granulats vorliegende Raney-Katalysatoren unterliegen einem mechanischen Verschleiß. Formkörper, welche mit einem Raney-Pulver beschichtet sind, müssen zunächst aufwändig hergestellt und nachfolgend beschichtet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein möglichst einfach und kostengünstig durchführbares Verfahren zur Herstellung eines katalytisch aktiven Formkörpers anzugeben. Nach einem weiteren Ziel der Erfindung soll ein katalytisch aktiver Formkörper angegeben werden, der einfach und kostengünstig in einer vorgegebenen Geometrie herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 17 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 16 und 18 bis 29.

Nach Maßgabe der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines katalytisch aktiven Formkörpers mit folgenden Schritten vorgeschlagen:

Bereitstellen eines aus einer Legierung hergestellten Pulvers, wobei die Legierung ein erstes und ein vom ersten Element verschiedenes zweites Element umfasst, welches mittels einer flüssigen Phase selektiv aus der Legierung entfernbar ist,

Herstellen des Formkörpers gemäß einer vorgegebenen Geometrie aus dem Pulver mittels eines additiven Formgebungsverfahrens und selektives Entfernen zumindest eines Teils des zweiten Elements aus der Legierung mit der flüssigen Phase, so dass zumindest an einer Oberfläche des Formkörpers das erste Element zurückbleibt und eine poröse Struktur bildet.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter einem "additiven Formgebungsverfahren" ein Verfahren verstanden, bei dem ein Formkörper schichtweise durch Hinzufügen von Material hergestellt wird. Das hinzugefügte Material wird entlang vorgegebener Abschnitte unter Hitzeeinwirkung mit einem darunter befindlichen Material verschweißt oder versintert. Das Material liegt üblicherweise in Pulverform vor und kann beispielsweise schichtweise mittels eines Laser oder eines Elektronenstrahls mit dem darunter liegenden Material verschweißt oder versintert werden. Es ist aber auch möglich, das pulverförmige Material zusammen mit einem Laserstrahl aufzubringen und auf das darunter liegende Material aufzuschweißen. Additive Formgebungsverfahren eignen sich insbesondere auch zur Herstellung metallischer Formkörper. Sie werden auch als 3D-Druckverfahren bezeichnet.

Unter einem "Formkörper" wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Körper verstanden, welcher entsprechend einer vorgegebenen Geometrie mittels eines additiven Formgebungsverfahrens hergestellt worden ist. Der Formkörper im Sinne der vorliegenden Erfindung weist eine makroskopische Stützstruktur sowie eine mikroskopische Porosität auf. Die makroskopische Stützstruktur kann eine zellulare Struktur sein, welche insbesondere eine ebene Struktur mit Durchbrüchen, eine Gerüststruktur, Rohr- oder röhrenartige Strukturen oder dgl. umfasst.

Eine "Legierung" im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst ein erstes und ein zweites Element. Das zweite Element kann mittels der flüssigen Phase selektiv aus der Legierung entfernt werden. Infolgedessen ergibt sich eine Oberfläche mit einer porösen Struktur. Das zurückbleibende erste Element ist katalytisch aktiv bzw. katalytisch aktivierbar.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in einfacher und kostengünstiger Weise die Herstellung eines katalytisch aktiven Formkörpers. Im vorgeschlagenen Formkörper ist das katalytische Material in der Struktur des Formkörpers an Ort und Stelle fixiert. D. h. es handelt sich nicht – wie bei herkömmlichen derartigen Katalysatoren – um eine Pulver- oder Granulatschüttung, welche einem mechanischen Abrieb unterliegt. Auch kann der vorgeschlagene Formkörper hergestellt werden, ohne dass nachträglich eine katalytisch wirksame Schicht auf strukturgebende Bestandteile des Formkörpers aufgebracht werden muss. Wegen der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verwendung eines additiven Formgebungsverfahrens kann der Formkörper auch in komplizierten Geometrien einfach und kostengünstig hergestellt werden. Der Formkörper kann nach der Formgebung relativ schnell und einfach durch die selektive Entfernung des zweiten Elements katalytisch aktiviert werden.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung sind 5 bis 99,5 Gew.%, vorzugsweise 60 bis 98 Gew.%, besonders bevorzugt 80 bis 95 Gew.%, der Legierung durch das erste Element gebildet. Das erste Element kann aus einem der folgenden Metalle gebildet sein: Cu, Ni, Co, Fe, Ru. Das erste Element ist grundsätzlich aus einem Metall gebildet, welches katalytisch aktiv bzw. katalytisch aktivierbar ist.

Das zweite Element kann aus einem der folgenden Metalle gebildet sein: Al, Si, Zn, Cr, Mg, Zr, Ti, V. Eine Kombination aus dem ersten und dem zweiten Element ist stets so gewählt, dass das zweite Element mittels einer flüssigen Phase selektiv entfernbar ist, so dass das erste Element zurückbleibt und die poröse Struktur bildet.

Die Legierung kann als ein drittes Element eines der folgenden Edelmetalle enthalten: Ag, Pt, Pd. Die Legierung enthält zweckmäßigerweise höchstens 10 Gew.% des dritten Elements.

Das additive Formgebungsverfahren ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung aus der folgenden Gruppe ausgewählt: Selektives Elektronenstrahlschmelzen, selektives Laserschmelzen, pulver- oder drahtbasiertes Laserauftragsschweißen. Bei den vorgenannten additiven Formgebungsverfahren wird eine Energiequelle computergestützt entlang eines vorgegebenen Wegs geführt. Dabei wird eine aus dem Pulver gebildete Schicht mit darunter liegendem Material verschmolzen oder versintert. Beim Laserauftragsschweißen wird das Pulver zusammen mit dem Laserstrahl zugeführt und mit dem darunter liegenden Material verschweißt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die flüssige Phase aus der folgenden Gruppe ausgewählt: Säure, Base. Als Säuren können vorzugsweise Schwefelsäure, Phosphorsäure, HCl, HF oder dgl. verwendet werden. Als Basen können beispielsweise wässrige Lösungen von Metallhydroxidsalzen, insbesondere KOH und NaOH, verwendet werden.

Der flüssigen Phase können weitere Elemente, beispielsweise Zn oder Cr, zugesetzt sein. Die weiteren Elemente bewirken während der Entfernung des zweiten Elements eine Dotierung des ersten Elements. Eine solche Dotierung kann die Wirksamkeit des Katalysators erhöhen.

Die flüssige Phase wird mit der Legierung für eine Zeitdauer von 0,1 bis 100 Stunden in Kontakt gebracht. Sofern Säuren oder Basen als flüssige Phase verwendet werden, weisen diese zweckmäßigerweise eine Temperatur im Bereich zwischen 1 und 110 °C auf.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Formkörper lediglich in vorgegebenen Abschnitten mit der flüssigen Phase in Kontakt gebracht. D. h. der Formkörper kann nach dem Inkontaktbringen mit der flüssigen Phase weitere Abschnitte aufweisen, welche aus der Legierung gebildet sind und keine Oberfläche mit einer porösen Struktur aufweisen.

Vorteilhafterweise wird das zweite Element durch Kontakt mit der flüssigen Phase lediglich oberflächlich aus der Legierung entfernt, so dass erste Bereiche zweite Bereiche bedecken, wobei die ersten Bereiche ein größeren Porenvolumen als die zweiten Bereiche aufweisen. Eine erste Porosität der ersten Bereiche ist eine offene Porosität mit einem Porenvolumen von üblicherweise mehr als 10%. Ein mittlerer Porendurchmesser liegt üblicherweise im Bereich von 10 nm bis 100 µm. Die zweiten Bereiche bzw. die oben genannten weiteren Abschnitte sind aus der Legierung gebildet. Sie weisen eine zweite Porosität auf. Dabei handelt es sich um eine bei der Herstellung von Legierungen im Wesentlichen unvermeidbare inter- oder intrakristalline Porosität. Die zweite Porosität ist eine geschlossene Porosität mit einem Porenvolumen von weniger als 10%.

Der Formkörper bildet zweckmäßigerweise eine mit einem Fluid durchströmbare zellulare Struktur. Die zellulare Struktur kann in einem Rohr aufgenommen sein. In einer weiteren Ausgestaltung kann der Formkörper in einstückiger Ausbildung das Rohr und zumindest eine im Rohr aufgenommene zellulare Struktur umfassen. Die zellulare Struktur kann sich in einer Ebene erstrecken, welche eine Rohrachse des Rohrs schneidet. Im Rohr können entlang der Rohrachse aufeinanderfolgend mehrere zellulare Strukturen aufgenommen sein. Durchbrüche einer zellularen Struktur einer Ebene können bezüglich weiteren Durchbrüchen einer weiteren zellularen Struktur in einer benachbarten Ebene versetzt angeordnet sein. Die vorgenannten Strukturen ermöglichen einen besonders effizienten Kontakt zwischen dem katalytisch aktiven Formkörper und dem damit in Kontakt zu bringenden Fluid. Ferner können durch die Geometrie des Formkörpers, insbesondere der zellularen Struktur, der Druckverlust, der Wärmeübergang, die Durchmischung bzw., eingestellt werden.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die flüssige Phase zum abschnittsweisen Inkontaktbringen für eine vorgegebene Zeit durch das Rohr hindurchgeführt. Bei einem Rohr mit einer darin aufgenommenen zellularen Struktur kann damit auf einfache Weise das zweite Element sowohl im Bereich der Innenwand des Rohrs als auch an der Oberfläche der zellularen Struktur aus der Legierung herausgelöst und damit eine Oberfläche mit einer porösen Struktur hergestellt werden.

Nach weiterer Maßgabe der Erfindung wird ein katalytisch aktiver Formkörper mit einer vorgegebenen, mittels eines additiven Formgebungsverfahrens hergestellten zellularen Struktur vorgeschlagen, wobei die zellulare Struktur aus einer ein erstes und ein vom ersten Element verschiedenes zweites Element enthaltenden Legierung hergestellt ist und zumindest an ihrer Oberfläche eine poröse Struktur aufweist, welche durch selektives Entfernen des zweiten Elements mittels einer flüssigen Phase aus der Legierung gebildet ist.

Unter einer "zellularen Struktur" wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine makroskopische Struktur verstanden, welche aus einer Vielzahl von mit einem Fluid durchströmbaren Zellen gebildet ist. Die zellulare Struktur kann geometrisch regelmäßig oder auch unregelmäßig ausgestaltet sein. Sie kann als zwei- oder dreidimensionales Gitter ausgebildet sein und/oder rohrartige Durchgänge, durchbrochene Wände oder Böden oder dgl. aufweisen.

Die poröse Struktur ist offenporig ausgestaltet. Ein Porenvolumen der porösen Struktur beträgt zweckmäßigerweise mehr als 10%. Zur Herstellung des Formkörpers wird von einer Legierung ausgegangen, welche das erste und zweite Element enthält, wobei das zweite Element selektiv mittels einer flüssigen Phase aus der Legierung entfernbar ist. Der Formkörper wird gebildet, indem das zweite Element selektiv mittels der flüssigen Phase aus der Legierung entfernt wird. Der Formkörper ist sogleich katalytisch aktiv oder er wird durch einen weiteren Verfahrensschritt in herkömmlicher Art und Weise, z. B. eine Reduktion, katalytisch aktiviert.

Durch die poröse Struktur gebildete ersten Bereiche können zweite Bereiche bedecken, wobei die ersten Bereiche eine größeres Porenvolumen als die zweiten Bereiche aufweisen. Die ersten Bereiche bilden eine katalytisch wirksame Schicht, wohingegen die zweiten Bereiche die strukturelle Stabilität des Formkörpers bereitstellen.

Wegen der weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen wird auf die vorangegangenen Ausführungen zum Verfahren verwiesen. Die dort erläuterten Merkmale können in gleicher Weise vorteilhafte Ausgestaltungen des katalytisch aktiven Formkörpers bilden.

Der katalytisch aktive Formkörper eignet sich insbesondere zur Unterstützung der folgenden Reaktoren:

  • – Hydrierreaktionen von Alkenen, Alkinen und Aromaten
  • – Dehydrierreaktionen von Alkanen und Cycloalkanen
  • – Hydrierung von CO und CO2, insbesondere Synthese von Methanol
  • – Hydrierung von Carbonyl-, Amid- und Imidverbindungen
  • – Methanoldampfreformierung
  • – Oligomerisierungsreaktionen
  • – Hydrolyse, insbesondere Esterspaltung
  • – Acrylamidsynthese

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine dreidimensionale, teilweise aufgebrochene Ansicht eines Formkörpers,

2 ein rasterelektronenmikroskopisches Bild eines ersten Bereichs des Formkörpers und

3 ein Flussdiagramm.

1 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines allgemein mit dem Bezugszeichen 1 bezeichneten Formkörpers. Der Formkörper 1 weist zellulare Strukturen 2 auf, welche in einem Rohr 3 aufgenommen sind. Das Rohr 3 weist an seinem ersten Ende einen ersten Flansch 4 und an seinem gegenüberliegenden zweiten Ende einen zweiten Flansch 5 auf. Ein Durchmesser des Rohrs 3 erweitert sich vom ersten Ende hin zum zweiten Ende.

Jede zellulare Struktur 2 bildet hier eine Ebene, welche etwa senkrecht zur Achse des Rohrs 3 verläuft. Die zellulare Struktur 2 weist hier hexagonale Durchbrüche auf. Sie ist in einem Stück mit dem Rohr 3 hergestellt. Parallel zur zellularen Struktur 2 erstrecken sich in weiteren Ebenen weitere zellulare Strukturen, welche in ähnlicher Weise hexagonale Durchbrüche aufweisen.

2 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Oberfläche der zellularen Struktur 2. Die Oberfläche der zellularen Struktur 2 wird durch eine hochporöse Struktur aus Kupfer gebildet. Eine mittlere Porengröße liegt bei etwa 0,3 bis 0,6 µm. Die in 2 gezeigte poröse Oberfläche kann in gleicher Weise an der Innenwand des Rohrs 3 gebildet sein.

3 verdeutlicht anhand eines Flussdiagramms das erfindungsgemäße Verfahren. Als Ausgangsmaterial wird ein Pulver hergenommen, welches z. B. aus einer CuZn10-Legierung gebildet ist. Eine mittlere Korngröße des Pulvers liegt im Bereich von 45 bis 105 µm.

Aus dem Pulver wird mittels selektivem Elektronenstrahlschmelzen beispielsweise der in 1 gezeigte Formkörper 1 hergestellt. Das Verfahren des selektiven Elektronenstrahlschmelzens ist dem Fachmann allgemein gekannt.

Nach der Herstellung des Formkörpers 1 wird das aus Zn gebildete zweite Element der Legierung selektiv mittels NaOH ausgelaugt. Zu diesem Zweck wird für eine vorgegebene Zeit NaOH durch das Rohr 3 hindurchgeführt. Eine Kontaktzeit zwischen der NaOH und dem Formkörper 1 sowie eine Temperatur sind so gewählt, dass das zweite Element aus den zellularen Strukturen 2 lediglich oberflächlich entfernt wird. D. h. im Inneren der zellularen Strukturen 2 verbleibt die dichte Legierung. Mit solchen zellularen Strukturen 2 kann eine besonders gute Wärmeableitung auf die Wand des Rohrs 3 erreicht werden.

Nach dem Entfernen des zweiten Elements ist die Oberfläche entweder sogleich katalytisch aktiv oder sie kann, z. B. durch Reduktion, katalytisch aktiviert werden.

Die Reduktion kann beispielsweise durch einen Kontakt mit Wasserstoff oder dgl. erfolgen.

Bezugszeichenliste

1
Formkörper
2
zellulare Struktur
3
Rohr
4
erster Flansch
5
zweiter Flansch

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Nicht-Patentliteratur

  • Wainwright, M.S. (1996): Preparation and Utilization of Raney Copper and Raney Copper-Zinc catalysts, Chem. Ind. (Catalyses of Organic Reactions) 68, S. 213–230 [0002]
  • Smith, A.J.; Trimm, D.L. (2005): The Preparation of Skeletal Catalysts, Annu. Rev. Mater. Res., 35, S. 127–42. [0003]
  • Peters, W.; et al. (2015): Efficient hydrogen release from perhydro-Nethylcarbazole using catalyst-coated metallic structures produced by selective electron beam melting, Energy Environ. Sci. 8, (2), S. 641–649 [0004]
  • Lodes, M.A.; et al. (2015), Process development for the manufacturing of 99.94% pure copper via selective beam melting, Materials, Letters 143, S. 298–301 [0005]