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Nylon als Katalysatorträger Methode zur Wiederverwendung von Katalysatoren entdeckt

| Redakteur: Tobias Hüser

Schätzungsweise 80% aller chemischen Erzeugnisse entstehen mithilfe von Katalysatoren. Nach der Reaktion entsteht aber häufig eine Mischung aus Produkt und Katalysator. Wissenschaftler haben nun erstmals eine Methode zur Wiederverwertung organischer Katalysatoren entwickelt. Nylon spielt dabei eine entscheidende Rolle.

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Nur wenig mehr als ein Jahr haben die Wissenschaftler für die Entwicklung des Trägermaterials für die Katalysatoren gebraucht – quasi ein Wimpernschlag in der Forschung.
Nur wenig mehr als ein Jahr haben die Wissenschaftler für die Entwicklung des Trägermaterials für die Katalysatoren gebraucht – quasi ein Wimpernschlag in der Forschung.
(Bild: Takeda)

Duisburg – In der sogenannten „homogenen Katalyse“, die beispielsweise in der Pharmaindustrie häufig genutzt wird, liegen sowohl die Katalysatorsubstanzen als auch die Ausgangsstoffe in der gleichen Form vor, z.B. beide gelöst in einer Flüssigkeit. Da ein Katalysator während der Reaktion nicht aufgebraucht wird, ist das Resultat immer eine Mischung aus dem gewünschten Produkt und den Katalysatorsubstanzen. Die Reaktionsbeschleuniger müssen deshalb aufwendig separiert werden oder bleiben – wenn sie günstig sind und sich nicht nachteilig auswirken – im Produkt.

Eine alternative Lösung hat jetzt Prof. Dr. Jochen Gutmann durch seine Arbeit am Deutschen Textilforschungszentrums Nord-West (DTNW) und am Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE) entwickelt. Zusammen mit Prof. Dr. Benjamin List vom Max-Planck-Institut für Kohlenforschung (MPI KoFo) in Mülheim an der Ruhr verwendet er Nylon, wie es auch für Feinstrumpfhosen genutzt wird, als Trägermaterial für organische Katalysatoren in Molekülform. Dazu bestrahlen die Wissenschaftler Textil und Moleküle mit UV-Licht.

Dadurch öffnen sich Bindungen an der Nylonoberfläche, an die sich die kleinen Katalysatoren fest andocken. Diese neuen Bindungen sind extrem stark. So ergibt sich eine Oberfläche, die mit einer etwa 5 bis 10 nm dicken Schicht aktiver Moleküle besetzt ist. „Nicht gebundene Katalysatoren können wir einfach wieder abwaschen und beim nächsten Mal wiederverwenden“, erklärt Gutmann. Das Projekt „Organokatalyse“ wird von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen Otto von Guericke e.V. gefördert.

Das textile System hat zwei entscheidende Vorteile: Erstens lassen sich die Katalysatoren ganz einfach am Nylon aus dem Produkt herausziehen und sofort wiederverwenden – ohne vorherige Reinigungsprozedur. Zweitens bleiben keine Rückstände der Katalysatoren im Produkt zurück. Das kann gerade in der Pharmaindustrie, wo es mitunter auf hochreine Wirkstoffe ankommt, enorm wichtig sein.

Auf die katalytische Aktivität hat die Fixierung übrigens keinen Einfluss – weder generell noch nach einiger Zeit: „Auch nach 250 Katalyse-Zyklen haben wir keine nennenswerten Veränderungen in der durchweg hohen Leistung feststellen können“, berichtet Gutmann. Sogar die Katalysatormenge auf dem Textil ist ganz einfach einzustellen: Je dünner die Nylonfasern, desto größer die Oberfläche, die für Bindungen zur Verfügung steht.

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