Bio-inspirierte Gas-Flüssig-Reaktionen

 

Moderne katalytische Verfahren beruhen auf der effizienten Aktivierung von Gasen wie zum Beispiel Sauerstoff für den atomökonomischen Einbau in organische Substrate, die somit weiter veredelt werden. Für die Effizienz der Reaktion ist die Geschwindigkeit des Stoffdurchtritts durch die Phasengrenze eine essentielle Größe. Da das Gas auf der Flüssigkeitsseite reagiert, kann es zu einer Konkurrenz zwischen Stoffdurchtritt und -reaktion beziehungsweise zu einer lokalen Verarmung an Reaktand kommen. Im besten Falle wird der Stofftransport durch die Reaktion, die das Gas verbraucht, beschleunigt.

Bisher haben wir die Reaktivität von Kupfer-Bis(pyrazolyl)methankomplexen mit Sauerstoff und ihre katalytischen Sauerstofftransfer auf Phenole nur im Milligramm-Maßstab bei Sauerstoffüberschuss untersucht. Zur Übertragung auf technische Bedingungen fehlen aber jegliche Informationen zur Kinetik bei äquivalenten Sauerstoffmengen und komplizierten Substrat-Durchmischungsverhältnissen. Folglich ist für ein Hochskalieren der milden und atomökonomischen Katalyse-Reaktion eine umfassende kinetische Analyse aller Schritte sowie ein tiefes Verständnis des Massentransfers durch die Phasengrenzschicht gasförmig-flüssig notwendig. Zum reinen Stoffdurchtritt kommt eine reaktionsbedingte Stofftransportbeschleunigung hinzu. Neben der intrinsischen Kinetik ist auch dieser Term bisher nicht bestimmt worden.

Für den Transfer in blasenhaltige Systeme ist eine schrittweise Übertragung vom Reaktionskolben über den T-Kanal und den Superfocusmischer (Stoffdurchtritt flüssig-flüssig) zum Taylor-Flow und dem Blasenschwarm für das grundlegende Verständnis des Stoffdurchtritts gasförmig-flüssig avisiert.