che501 - Heterogeneous Catalysis and Materials (Complete module description)

• Die Studierenden erlernen die Grundlagen der heterogenen Katalyse, wobei der Bogen von den Elementarschritten bis zu Prinzipien der Formgebung gespannt wird, und erhalten eine Einführung in die Chemie wichtiger Werkstoffe (u.a. Polymere, Keramiken, Metall/Stahl). 
• Ziel der Veranstaltungen ist die Vermittlung von Denkweisen, die auf unterschiedlichen Hierarchien der Katalysator- und Werkstoffentwicklung erforderlich sind. 
• Dabei wird ein besonderes Augenmerk auf die Besonderheiten der interdisziplinären Kommunikation gelegt, die sich aus den unterschiedlichen Denkansätzen von Wissenschaftlern und Ingenieuren ergibt. 
• Damit sollen die Studierenden auf ihren späteren Einsatz in projektbasierten, interdisziplinären Gruppen vorbereitet werden. 
• Weitere Schwerpunkte sind die Vermittlung von Aspekten der Katalyse unter dem Gesichtspunkt der ökonomischen Rahmenbedingungen und das Erlernen von chemischen Denkweisen in einem alltäglichen betriebswirtschaftlichen Umfeld.
• In den Praktika sollen die Studierenden den Umgang mit komplexen Anlagen wie on-line Kopplungen und Charakterisierungsmethoden vertraut gemacht werden.

Das Modul besteht aus den Vorlesungen

1. Heterogene Katalyse
2. Nachhaltigkeit in der chemischen Industrie 
3. Werkstoffkunde

sowie einem Praktikum und einer kostenpflichtigen Exkursion.

Vorlesungen: 

• Aufbauend auf die Kenntnisse der Adsorptiv-Adsorbens-Wechselwirkungen werden die Unterschiede zur homogenen Katalyse herausgearbeitet. 
• Der Ansatz des limitierenden Schrittes wird in mehreren Fallbeispielen vorgestellt, wobei die Auswirkungen für das finale Design des Katalysators im Mittelpunkt stehen. 
• Besonderes Augenmerk wird auf Probleme der Maßstabsübertragung vom Labor auf größere Einheiten gelegt. 
• An ausgewählten Beispielen wird die Klassifizierung von heterogenen Katalysatoren diskutiert. 
• Am Beispiel von kristallinen Alumosilikaten werden Synthese, Modifizierung und Anwendung von Katalysatoren dargestellt. 
• Verschiedene thermische (TPD, TPR) und spektroskopische Charakterisierungsmethoden (FTIR, UV-Vis, MAS-NMR) für heterogene Systeme werden ebenfalls vorgestellt. 
• An Hand von Fallbeispielen werden moderne industrielle Verfahren vorgestellt, wobei die betriebswirtschaftliche Betrachtung und deren Konsequenzen für die Verfahrensgestaltung im Vordergrund stehen.
• In einer gesonderten Vorlesung werden Grundkenntnisse der Werkstoffkunde sowohl im Hinblick auf Verfahren zur Werkstoff-Testung (z.B. mechanische Eigenschaften) als auch (im Schwerpunkt) auf die chemische Zusammensetzung und daraus resultierenden Eigenschaften von Polymeren, Keramiken, Gläser, Stähle und Legierungen vermittelt.

Im Praktikum:

• wird die Herstellung von Katalysatoren erlernt. 
• Es werden Einblicke in technisch-relevante Katalyse- und Photokatalyse-Verfahren gegeben.

Es sind mind. 4 Versuche zu absolvieren, u.a. können derzeit gewählt werden:

• Synthese eines zeolithischen Katalysators (MFI-Typ), Kalzinierung, Belegung und Trocknung des Katalysators;
• Charakterisierung von Adsorbentien mittels einer on-line Adsorptionsapparatur;
• Austestung des Katalysators mit Hilfe einer Hydroisomerisierung;
• Untersuchungen zur makrokinetischen Beeinflussung mittels einer chemischen Reaktion
  Photokatalytischer Schadstoffabbau

Die Exkursion:

• erfolgt zu einem namhaften Katalysatorhersteller. 
• Den Studierenden werden dabei Kenntnisse über die beim Herstellungsprozess verwendeten technischen Anlagen vermittelt. 
• Ferner erhalten Sie Einblick in die Wechselbeziehung Chemie – Ökonomie – umweltpolitische Rahmenbedingung.

• I. Chorkendorff, J.W. Niemantsverdriet, „Concepts of Modern Catalysis and Kinetics“, Wiley-VCH 2003
• J.M. Thomas, W.J. Thomas, „Principles and Practice of Heterogeneous Catalysis“, Wiley-VCH, 1997 
• W. Göpel, Chr. Ziegler, „Einführung in die Materialwissenschaften“, B.G. Teubner Verlagsgesellschaft, 1996. 
• Weitere Literatur wird in der Veranstaltung bekannt gegeben

• Vorlesungsunterlagen über StudIP

• In der vorlesungsfreien Zeit entsprechend separater Ankündigung