Charakterisierung und Funktionalisierung poröser SiO2-Materialien zur Anwendung in der Durchflusskatalyse
| dc.contributor.author | Turke, Kevin | |
| dc.date.accessioned | 2023-03-03T14:47:38Z | |
| dc.date.available | 2020-12-17T16:08:52Z | |
| dc.date.available | 2023-03-03T14:47:38Z | |
| dc.date.issued | 2020 | |
| dc.identifier.uri | http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:26-opus-157824 | |
| dc.identifier.uri | https://jlupub.ub.uni-giessen.de//handle/jlupub/11199 | |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.22029/jlupub-10582 | |
| dc.description.abstract | Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurden zwei SiO2-Monolithe, die sich hinsichtlich ihrer Mesoporengröße unterscheiden, mittels Physisorptions- und Kleinwinkelneutronen- streuexperimenten untersucht. Dabei konnte für beide Monolithe in unterschiedlicher Ausprägung gezeigt werden, dass das Desorptionsverhalten durch Pore-Blocking-Effekte beeinflusst wird. Mit Hilfe des Konzeptes der Segmentlängenverteilung wurde zusätzlich das Adsorptions- und Desorptionsverhalten schrittweise untersucht und charakteristische Parameter der Monolithe (Mesoporengröße, spezifische Oberfläche) berechnet. Diese weichen teilweise von den berechneten Größen der ex-situ-Physisorptionsexperimente ab, was den unzugänglichen Poren zugeschrieben wird. Der Anteil der unzugänglichen Porosität unterscheidet sich für beide Monolithe, korreliert jedoch mit den Reaktionsbedingungen der hydrothermalen Behandlung.Im zweiten Teil der Arbeit galt es, die SiO2-Monolithe mit einem Organokatalysator zu funktionalisieren und zwecks ihres Einsatzes als heterogene Durchflussreaktoren zu analysieren. Hierbei konnte gezeigt werden, dass das verwendete Lösungsmittel die longitudinale Funktionalisierungshomogenität maßgeblich beeinflusst. Während die Funktionalisierung in Ethanol eine homogene Katalysatorverteilung zur Folge hatte, zeigte sie eine ausgeprägte Inhomogenität in Toluol. Dieses Verhalten ist unabhängig von der Konzentration des Katalysatorpräkursors, der Temperatur und der Mesoporengröße. In der basenkatalysierten Knoevenagel-Kondensation konnten mit den funktionalisierten Monolithen hohe Ausbeuten erzielt werden. Durch eine Verringerung der Oberflächen- konzentration des Katalysators ließ sich dessen Effizienz weiter steigern, was auf den kooperativen Effekt zwischen dem Aminopropylkatalysator und den benachbarten Silanolgruppen zurückgeführt wurde. Zusätzlich konnte durch eine Variation der Edukte die vielseitige Anwendbarkeit der Monolithe demonstriert werden. Im dritten Teil der Arbeit wurden neben den SiO2-Monolithen die in HPLC-Säulen gepackten, funktionalisierten LiChrospher®-Partikel erfolgreich als Durchflussreaktor verwendet. Diese wiesen eine vergleichbare katalytische Effizienz auf. Aufgrund der großen Katalysatormenge innerhalb der Reaktoren konnten die Ausbeuten dennoch erhöht werden und sind vergleichbar mit den Ausbeuten, die mehrere, hintereinander geschaltete Monolithe erzielten. | de_DE |
| dc.description.abstract | In the first part of this thesis, two silica monoliths bearing different mesopore sizes were thoroughly characterized by physisorption and small angle neutron scattering experiments. It was shown that the desorption behavior of the mesopores was determined by pore blocking effects in both monoliths depending on their mesopore size. By applying the concept of chord-length distribution (CLD), the adsorption and desorption behavior of each monolith was investigated. From the CLD several parameters were calculated, e.g. the mesopore size and surface area. These quantities partially deviated from the ex-situ-physisorption measurements which was explained by the presence of inaccessible pores. The number of inaccessible pores differs for both monoliths. However, it correlates well with the conditions during hydrothermal treatment.The objective of the second part was the functionalization of the silica monoliths with an organocatalyst and the following establishment as a heterogeneous reactor in continuous- flow catalysis. It was demonstrated that the solvent used for functionalization has a pronounced impact on the longitudinal functionalization homogeneity. In the case of ethanol, functionalization occurred homogeneously throughout the whole monolith, whereas a distinctive functionalization gradient resulted from the grafting in toluene. This behavior is independent of the concentration of the catalyst precursor, the reaction temperature, and the mesopore size. Afterwards, the functionalized monoliths were tested in the continuously- flow catalyzed Knoevenagel-Reaction between benzaldehyde and ethyl cyanoacetate in which they showed a good catalytic performance. Decreasing the surface coverage of the catalyst led to an enhanced catalytic performance due to the cooperative effect between the aminopropyl catalyst and the surface silanol groups. The applicability of the functionalized monoliths was further demonstrated by an enhanced substrate screening. Additionally, in the third part of this work, mesoporous functionalized silica particles (LiChrospher®) were tested in the Knoevenagel-Reaction. Compared to the functionalized monoliths, they offered a similar catalytic performance. However, because of the higher catalyst loading inside the reactors, the overall productivity was enhanced yet being comparable to the productivity of the numbering-up setup of several functionalized monoliths. | en |
| dc.language.iso | de_DE | de_DE |
| dc.rights | In Copyright | * |
| dc.rights.uri | http://rightsstatements.org/page/InC/1.0/ | * |
| dc.subject.ddc | ddc:540 | de_DE |
| dc.title | Charakterisierung und Funktionalisierung poröser SiO2-Materialien zur Anwendung in der Durchflusskatalyse | de_DE |
| dc.title.alternative | Characterization and functionalization of porous SiO2 materials for continuous-flow catalysis | en |
| dc.type | doctoralThesis | de_DE |
| dcterms.dateAccepted | 2020-12-03 | |
| local.affiliation | FB 08 - Biologie und Chemie | de_DE |
| thesis.level | thesis.doctoral | de_DE |
| local.opus.id | 15782 | |
| local.opus.institute | Physikalisch-Chemisches Institut | de_DE |
| local.opus.fachgebiet | Chemie | de_DE |
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