Offene Stelle: Bachelorarbeit
Plasma-getriebene katalytische Oxidation von n-Butan: über MnO₂-, CaO- und Verbundkatalysatoren in Mikroarray-Reaktoren
Die Kombination aus dielektrischer Barrierenentladung (DBD) und Katalysatoren bietet einen vielversprechenden Weg für die Umwandlung von Kohlenwasserstoffen, insbesondere für die Oxidation von n-Butan. Plasma erzeugt hochreaktive Spezies, wie Radikale und Ionen, die Reaktionswege aktivieren können, die unter konventionellen katalytischen Bedingungen nicht verfügbar sind. Um diese Systeme zu optimieren, ist es wichtig zu verstehen, wie Plasma die Katalysatoroberflächen verändert und wie Katalysatoren die Plasmareaktivität beeinflussen. MnO₂, das für seine Redoxeigenschaften bekannt ist, und CaO, das für seine Basizität geschätzt wird, bieten eine ideale Plattform für die Erforschung dieser synergistischen Effekte.
Dieses Projekt konzentriert sich auf die plasmagestützte Oxidation von n-Butan über Katalysatoren unter Verwendung eines Mikroarray-DBD-Reaktors. Die Reaktionsprodukte werden mit Hilfe der FTIR-Spektroskopie detailliert analysiert, um die Umsatzraten und Produktverteilungen zu bestimmen. Dieser Ansatz ermöglicht eine detaillierte Untersuchung der Plasma-Katalysator-Synergie und ihrer Auswirkungen auf die n-Butan-Oxidation. Durch Variation der Plasmaparameter und der Katalysatorzusammensetzung soll die Studie aufdecken, wie das Plasma das katalytische Verhalten verändert und wie die Katalysatoren ihrerseits die Plasmachemie beeinflussen. Darüber hinaus werden im Rahmen der Studie auch die Spannung, der Strom und die Ladung während der Entladung gemessen, um die Plasmaparameter quantitativ zu charakterisieren.
MnO₂ fungiert bei der Reaktion als Oxidations-Reduktions-Katalysator, der die C-H-Bindungsspaltung von n-Butan durch die Bereitstellung aktiver Sauerstoffspezies (z. B. Oberflächensauerstoff oder Sauerstoffleerstellen) fördern und dadurch die Reaktionsaktivität erhöhen kann. CaO mit seiner starken Alkalität kann Kohlenwasserstoffmoleküle wirksam adsorbieren und aktivieren, die Energiebarrieren der Reaktion verringern und die Produktverteilung weiter optimieren. Die elektrischen Parameter können die Intensität und die Eigenschaften der Plasmaentladung direkt widerspiegeln und stehen in engem Zusammenhang mit den vom Plasma erzeugten aktiven Spezies. Mit Hilfe der FTIR-Spektroskopie lassen sich die Reaktionsprodukte in der Gasphase quantitativ nachweisen und die synergistische Wirkung von Plasmakatalysatoren und ihr Einfluss auf den Reaktionsweg der n-Butan-Oxidation eingehend untersuchen.
Kontakt:
Yue Cheng (NB 5/172),
Judith Golda (NB 5/127),
Voraussetzungen:
Vorkenntnisse in Plasmaphysik sind wünschenswert, aber nicht erforderlich
Zeitraum: Nach Vereinbarung
Laborbesichtigung: NB 5/172