DE3934811C1

DE3934811C1 -

Info

Publication number: DE3934811C1
Application number: DE19893934811
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. 5000 Koeln De Marquardt; Guenter Prof. Dr. 5020 Koenigsdorf De Nimtz
Original assignee: Feldmuehle AG
Current assignee: Stora Feldmuehle AG
Priority date: 1989-10-19
Filing date: 1989-10-19
Publication date: 1991-04-25
Anticipated expiration: 2009-10-20
Also published as: WO1991005993A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der Literaturstelle: "Surface Science", 156, Seite 966 ff (1985), von G. C. Bond ist bekannt, daß die maximale katalytische Aktivität von bei heterogenen Katalyseverfahren eingesetzten Katalysatorteilchen im Bereich von 10^-9 m bis 10^-5 m liegt. Außer auf Erfahrungswerte gestützten und durch aufwendige Versuchsreihen gewonnenen Erkenntnissen stand jedoch bisher noch kein Auswahlverfahren zur Bestimmung der optimalen Größe von Katalysatorteilchen zur Verfügung.

Ohne auf die bei Katalyseverfahren vorliegenden Probleme einzugehen, berichtet Kreibig in "J. Phys. F: Metall Phys., Vol. 4, July 1974, S. 999-1014" über den mittels optischer Absorptionsmessungen an in Glas eingelagerten kleinen Silberteilchen untersuchten Zusammenhang zwischen Teilchengröße und Imaginärteil der dielektrischen Funktion. Nachteilig bei dieser Untersuchungsmethode ist die komplizierte Auswertung und der infolge der hohen aufgewendeten Photonenenergien erfolgende starke Eingriff in das Verhalten des Elektronensystems in einem kleinen Teilchen.

In Chemical Abstracts 110 (10): 86700 C wird über die Untersuchung der dielektrischen Eigenschaften durch Mikrowellenbestrahlung berichtet, wobei ein Zusammenhang zwischen dem Realteil der dielektrischen Konstante und dem Füllstoffanteil und ein gewisser Zusammenhang zwischen der dielektrischen Konstante und der Teilchengröße gefunden wurde.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das unter Verzicht auf die bisherige umständliche Ermittlung der hinsichtlich ihrer Größe optimal geeigneten Katalysatorteilchen eine wesentlich einfachere Auswahlmöglichkeit schafft und damit zu einer erhöhten Effizienz der eingesetzten Katalysatoren führt, so daß beträchtliche Einsparungen in der Entwicklung bei der Herstellung und im Betrieb, insbesondere bei Einsatz hochwertiger Katalysatorsubstanzen möglich sind.

Unter Rückgriff auf den in jüngeren Veröffentlichungen, s. Spektrum der Wissenschaft, März 1989, Seite 21 ff; DE-OS 38 02 150, diskutierten Zusammenhang zwischen der Teilchengröße von in einer Matrix isoliert eingelagerten Metallteilchen und deren elektrischer Leitfähigkeit, geht die vorliegende Erfindung von der Annahme aus, daß auch ein Zusammenhang zwischen der Größe von Katalysatorteilchen und deren dielektrischer Funktion gegeben ist. Diese Annahme basiert auf der Überlegung, daß mit zunehmender Größe der positiven statischen dielektrischen Funktion der Katalysatorteilchen die langreichweitigen, abstoßenden elektrischen Kräfte zwischen den Atomen oder Molekülen der Reaktanden vermindert und die Annäherung zwischen diesen und den Katalysatorteilchen gefördert wird und so die durch die Katalysatorteilchen zu bewirkende chemische Reaktion verbessert wird. Einem Maximum des positiven Realteils der dielektrischen Funktion ist somit die größte katalytische Aktivität zuzuordnen.

Zur Lösung der anstehenden Aufgabe sieht die Erfindung daher bei einem Verfahren zur Bestimmung der optimalen Größe von bei heterogenen Katalyseverfahren einzusetzenden Katalysatorteilchen die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 vor.

Unter dem in Beschreibung und Patentansprüchen verwendeten Ausdruck "D₅₀-Wert" wird verstanden, daß bei einer bestimmten Angabe, z. B. 0,3 µm, 50 Masse-% der Katalysatorteilchen gröber als 0,3 µm und 50 Masse-% der Katalysatorteilchen feiner als 0,3 µm sind.

Bei der Herstellung der zur Durchführung des Verfahrens benötigten Prüflinge können als elektrisch isolierende Matrixmaterialien sowohl flüssige als auch feste Substanzen, z. B. Öl oder Keramik, verwendet werden. Sofern in Patentansprüchen und Beschreibung der vorliegenden Anmeldung der Ausdruck "elektrisch leitfähige Katalysatorteilchen" verwendet wird, so sind darunter auch Teilchen aus Halbleitermaterialien zu verstehen. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung kommt es somit darauf an, daß zwischen der dielektrischen Funktion der Katalysatorteilchen und der zur Ausbildung der Matrix vorgesehenen Werkstoffe meßtechnisch erfaßbare Unterschiede bestehen. Die Meßtechnik selbst ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Zur Durchführung des Verfahrens können die Meßeinrichtungen verwendet werden, wie sie von Nimtz, et al. in der Literaturstelle: "Journal of Physiks. E. Scientific Instrument, Vol. 11, 1978, London" angegeben sind. Ein vorzugsweise einzuhaltender Frequenzbereich liegt zwischen 1 MHz bis 20 GHz.

Der Füllfaktor, d. h. der z. B. in Gewichtsanteilen ausgedrückte prozentuale Anteil der aus katalytischer Substanz bestehenden Teilchen innerhalb der aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Matrix ist innerhalb einer Meßreihe vorzugsweise gleich zu halten; es besteht aber auch die Möglichkeit, mit unterschiedlichen Füllfaktoren zu arbeiten und den Einfluß des Füllfaktors rechnerisch zu berücksichtigen, in dem die Analyse des effektiven Mediums mittels bekannter Auswerteverfahren, z. B. der Landau, Lifshitz, Looyenga-Formel durchgeführt wird.

Innerhalb einer Meßreihe werden die Prüflinge aus einem einheitlichen Matrixmaterial hergestellt, wobei die dielektrische Funktion des Matrixmaterials zumeist aus einschlägigen Nachschlagewerken festgestellt werden kann, vorzugsweise aber dennoch unter Berücksichtigung der Gerätegenauigkeit in einem Null-Versuch ermittelt wird.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung der optimalen Größe von bei heterogenen Katalyseverfahren einzusetzenden Katalysatorteilchen, dadurch gekennzeichnet,
daß Prüflinge für eine Reihenmessung hergestellt werden, in dem Katalysatorteilchen jeweils eines bestimmten D₅₀-Wertes in einem elektrisch isolierenden Matrixmaterial voneinander getrennt angeordnet werden, wobei die dielektrische Funktion der Substanz der Katalysatorteilchen größer ist als die des Matrixmaterials und
daß der positive Realteil der dielektrischen Funktion der Katalysatorteilchen, der an den einzelnen Prüflingen gemessen wird, als Maß für die katalytische Aktivität dient.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorteilchen aus Metall oder aus einer elektrisch leitenden oder Halbleitereigenschaften aufweisenden Metallverbindung bestehen.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung in einem Frequenzbereich zwischen 1 MHz bis 20 GHz durchgeführt wird.