DE69725429T2

DE69725429T2 - Verfahren und vorrichtung zum testen von katalysatoren

Info

Publication number: DE69725429T2
Application number: DE69725429T
Authority: DE
Inventors: Coale Richard WILLSON
Original assignee: University of Houston
Current assignee: University of Houston
Priority date: 1996-02-28
Filing date: 1997-02-25
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2017-02-26
Also published as: EP0883806B2; JP2000506265A; US6514764B1; US6908768B2; US6605470B1; US20050158865A1; CA2247259C; DE69725429T3; US6623969B1; US20020127725A1; US6063633A; US6623970B1; CN1226966A; CN100430725C; US6623968B1; US6333196B1; US6623967B1; EP0883806A4; EP0883806A1; WO1997032208A1

Description

Hintergrund der Erfindung
I. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft das allgemeine Gebiet des Überprüfens von Katalysatoren, wie im allgemeinen in der U.S.-Patentklasse 502 oder 252 klassifiziert.
II. Beschreibung des Standes der Technik
Der Stand der Technik umfasst C & E News, 8. Jan. 1996, S. 30, welches reaktive Kunststoffe lehrt, und viele Katalysator-Überprüfungsvorrichtungen und Verfahren, die auf dem Gebiet der Läuterung von Petroleum bekannt sind. F. M. Menger, A. V. Eliseev und V. A. Migulin "Phosphatase catalysts developed via combinatorial organic chemistry", J. Org. Chem. Vol. 60, S. 6666–6667, 1995. Xiang, 268 Science 1738 und Briceno, 270 Science 273, beide bezüglich kombinatorischer Bibliotheken von Festkörperverbindungen; Sullivan, Today's Chem. At Work 14 bezüglich kombinatorischer Technologie; Nessler 59 J. Org. Chem. 4723 zur Datenerkennung von kombinatorischen Bibliotheken; Baldwin, 117 J. Amer. Chem. Soc. 5588 bezüglich kombinatorischer Bibliotheken.
"Proceedings of the 6^th International Congress of Catalysis", Band 2, 1977, Seiten 796–805, Jensen J. V. et al., "A deactivation reactor for catalyst screening and evaluation" betrifft einen Deaktivierungsreaktor zur Klassierung von Katalysatoren und zur Auswertung derselben unter Verwendung eines Mehrröhrenkonverters zur gleichzeitigen Alterung von Katalysatorproben gefolgt von der Bestimmung von grundlegenden kinetischen Parametern in einem getrennten Reaktor. Die grundlegenden kinetischen Parameter sowohl frischer als auch verbrauchter Katalysatoren werden durch die Messung in einem herkömmlichen Rückführungsreaktor bestimmt.
US-A-4 877 584 betrifft eine Temperatur-programmierte Spektrometrie, wobei die Teilchen eines Substrats, welche beobachtet werden, in einer nicht überlappenden Weise an einem Glühfaden befestigt werden. Gase von dem Glühfaden, die bei erhöhten Temperaturen desorbiert werden, werden herkömmlich durch ein Viertach-Massenspektrometer gemessen und werden nicht individuell selektiv bestimmt.
"International Journal of Hydrogen Energy", Band 7, Nr. 9, 1982, Seiten 729–736, Haruta M. et al., "Catalytic combustion of hydrogen, II. An experimental investigation of fundamental conditions for burner design" betrifft die katalytische Verbrennung von Wasserstoff. Ein Katalysatorkörper, welcher vier Arten von Katalysatoren trägt, die getestet werden sollen, wird in eine Kammer eingeführt und die Punkttemperatur und Punktzusammensetzung der Gasmischungen an der vorderen Oberfläche des Katalysators werden mit neun Chromel-Alumel-Thermoelementen gemessen, die mit einem digitalen Multitemperatur-Recorder verbunden sind und mit neun Mikrosonden zur Gasertassung bzw. Gasprobeentnahme, welche mit einem Gaschromatographen verbunden sind.
JP-A-08015139 betrifft ein Gasabsorption/Desorption-Messverfahren für Katalysatoren von Kraftfahrzeugen. Eine Zelle, welche eine einzelne Probe enthält, wird unter konstanter Fließgeschwindigkeit eines Reaktionsmittels untersucht.
II. Probleme, die bei dem Stand der Technik vorhanden sind
Das Überprüfen von Katalysatoren wird herkömmlicher Weise mit einem "bench-scale"-Maßstab oder größeren Pilotanlagen durchgeführt, bei welchen das Einsatzmaterial mit einem Katalysator unter Reaktionsbedingungen in Kontakt gebracht wird, wobei im allgemeinen Ausflussprodukte als Probe entnommen werden, wobei die Proben häufig analysiert werden und die Resultate dann Auflösungsverfahren unterworfen werden. Solche Verfahren können einen Tag oder länger für einen einzelnen Durchlauf eines einzelnen Katalysators dauern. Während diese Verfahren einen Wert bei der Feineinstellung der optimalen Matrizen, Pelletform etc. bereitstellen, ermöglicht die vorliegende Erfindung das Scannen von Dutzenden von Katalysatoren in einem einzelnen Aufbau, häufig in kürzerer Zeit als für einen einzelnen Katalysator benötigt wurde, der durch herkömmliche Verfahren überprüft werden sollte. Des weiteren, wenn sie in ihren bevorzugten Roboter-Ausführungsformen ausgeübt wird, kann die Erfindung die Laborkosten je überprüften Katalysator deutlich reduzieren.
III. Zusammenfassung der Erfindung
Allgemeine Aussage der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum gleichzeitigen Untersuchen einer Vielzahl von Katalysatortormulierungskandidaten (candidate catalyst formulations) bzw. möglichen Katalysatorzusammensetzungen, mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Des weiteren stellt die Erfindung eine Vorrichtung gemäß Anspruch 28 zur Verfügung.
Gemäß der Erfindung wird ein Mehrprobenhalter (Träger), z. B. ein Wabenkörper oder eine Platte, oder eine Ansammlung einzelner Trägerteilchen, mit Lösungen/Suspensionen von Katalysatorbestandteilen behandelt, um Löcher in Platten zu füllen oder um Zellen, Flecken oder Pellets zu bilden, die jeweils eine Vielzahl von Kombinationen der Bestandteile enthalten, diese werden getrocknet, calciniert oder auf andere Weise behandelt, wie notwendig, um die Bestandteile in den Zellen, Flecken oder Pellets zu stabilisieren, anschließend mit einem potentiell reaktiven Einsatzstrom oder Einsatz-Batch in Kontakt gebracht, z. B. zur Katalyse von biochemischen Reaktionen, die von Proteinen, Zellen, Enzymen, Gasölen, Wasserstoff plus Sauerstoff, Ethylen oder anderen polymerisierbaren Monomeren, Propylen plus Sauerstoff oder CC12F2 und Wasserstoff zu katalysieren. Die in jeder Zelle auftretenden Reaktionen werden gemessen, z. B. durch Infrarot-Thermographie, Spektroskopie der Produkte oder der restlichen Reaktanten oder durch Probenentnahme, z. B. durch ein Mehrfachströmen durch ein Rohr mit niedrigem Volumen, aus der Nähe jeder Kombination, gefolgt von einer Analyse bzw. Spektralanalyse oder durch Beobachten der Temperaturänderung in der Nähe des Katalysators z. B. durch thermographische Verfahren, um die relative Wirksamkeit des Katalysators jeder Kombination zu bestimmen. Roboterverfahren können bei der Herstellung der Zellen, Flecken oder Pellets etc. eingesetzt werden.
Jedes dieser Parameter wird im Folgenden diskutiert:
Katalysatoren: Biotechnologische Katalysatoren umfassen Proteine, Zellen, Enzyme etc. Chemische Umwandlungskatalysatoren umfassen die meisten der Elemente des Periodensystems, welche bei der Reaktionsbedingung fest sind. Kohlenwasserstoff-Umwandlungskatalysatoren umfassen Bi, Sn, Sb, Ti, Zr, Pt und die seltenen Erden, und viele mögliche Kandidaten, deren Potential bisher für spezifische Reaktionen noch nicht festgestellt wurde. Viele synergistische Kombinationen können geeignet sein. Getragene bzw. unterstützte Metalle und Metallkomplexe sind bevorzugt. Die chemischen Katalysatoren können zu dem Substrat (Träger) als Elemente, als organische oder anorganische Verbindungen zugegeben werden, welche sich bei der Temperatur des Stabilisierungsschrittes zersetzen, durch Abscheiden des Elementes oder dessen Oxids auf dem Substrat oder als stabile Verbindungen.
Träger: Die Träger können inerte Tone, Zeolithe, Keramiken, Kohlenstoffe, Kunststoffe, z. B. reaktive Kunststoffe, stabile, nicht reaktive Metalle oder Kombinationen der vorgenannten sein. Ihre Form kann ein poröser Wabenkörper sein, der von Kanälen durchzogen wird, Teilchen (Pellets) oder Platten, auf welchen Stellen (Flecken) der Katalysatorkandidaten abgeschieden werden, oder Löcher in Platten. Herkömmliche Katalysatormatrixmaterialien wie Zeolithe, z. B. Zeolith USY, Kaolin, Aluminiumoxid etc. sind besonders bevorzugt, da sie kommerzielle Katalysatoren simulieren können.
Herstellung: Die Vorläufer der Katalysatorkandidaten können auf den Trägern durch jedes geeignete Verfahren abgeschieden werden, vorzugsweise durch Pipette oder einen absorbierenden Stempel (wie einen Gummistempel) oder durch Siebdruck. In bevorzugten Ausführungsformen, findet das Abscheidungsverfahren unter der Kontrolle eines Roboters statt, ähnlich zu dem, welcher zur Beladung von Multizellenplatten in biochemischen Feldern verwendet wird. Viele der Flecken des Katalysators werden durch eine Vielzahl getrennter Abscheidungen aufgebaut, z. B. kann ein Kanal, welcher einen Wabenkörper durchzieht, bei einem Drittel seiner Länge verstopft werden und der Kanal wird in seinem oberen Drittel mit einer Katalysatorlösung aufgefüllt, anschließend kann der Stopfen zu dem Punkt, welcher zwei Dritteln des Kanals entspricht, in dem Kanal bewegt werden, und ein zweiter Katalysator kann hinein pipettiert werden, und anschließend kann der Stopfen entfernt werden und eine dritte Katalysatorlösung wird zugegeben und führt zu einem Kanal, in welchem die Reaktanten drei Katalysatoren aufeinanderfolgend kontaktieren, wenn sie durch den Kanal fließen. Die Katalysatoren können auch durch lonenaustausch, Festkörperabscheidung, Tränken oder eine Kombination dieser zugegeben werden. Die Verfahren der kombinatorischen chemischen oder biologischen Herstellung können vorzugsweise zur Herstellung eines Feldes von Kandidat-Katalysatoren der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Co-Abscheidungen von zwei oder mehreren Katalysatoren können aufgeschlämmt werden, auf dem Träger aufgebracht werden, und anschließend, sofern notwendig, aktiviert werden. Die Katalysatoren können auf einer Trägerplatte oder innerhalb einer Trägerleitung siebgedruckt werden, und aufeinanderfolgende Drucke können verwendet werden, um unterschiedlichen Flecken unterschiedliche Katalysator-Zusammensetzungen hinzuzufügen.
Stabilisierungsschritt: Wenn die Katalysatoren sich an ihrer Stelle auf dem Träger befinden, kann jedes geeignete Verfahren, welches im Stand der Technik bekannt ist, zur Stabilisierung und/oder Aktivierung der bestimmten gewählten Katalysatoren verwendet werden, so dass sie während des Reaktionsschrittes an ihrem Platz bleiben. Das Calcinieren, Aufdampfen, Schmelzen, Trocknen, Abscheiden und die Reaktion an Ort und Stelle wird insbesondere bevorzugt.
Reaktanten: Die Erfindung kann bei jeder Reaktion verwendet werden, welche durch die Anwesenheit eines Katalysators unterstützt bzw. verstärkt werden kann, umfassend biologische Reaktionen und anorganische oder organische chemische Reaktionen. Die chemischen Reaktionen umfassen die Polymerisationsreaktionen, Halogenierung, Oxidation, Hydrolyse, Verestherung, Reduktion und jede andere herkömmliche Reaktion, welche von einem Katalysator profitieren kann. Kohlenwasserstoff-Umwandlungsreaktionen, die bei dem Läutern von Petroleum verwendet werden, sind eine wichtige Verwendung der Erfindung und umfassen das Nachformieren, fluidkatalytische Cracken, Hydrogenieren, Hydrocracken, Hydrobehandeln, Hydroentschwefeln, Alkylierung und die Süßung von Benzin.
Sensoren: Die zur Ermittlung der katalytischen Aktivität der Kandidat-Katalysatoren verwendeten Sensoren sind nicht besonders kritisch, sondern sind vorzugsweise so einfach wie praktisch. Temperatursensoren und Spektrometer sind besonders bevorzugt, insbesondere solche, die zur Messung der Temperaturen und/oder Produkte in der Nähe jedes spezifischen Katalysatorflecks geeignet sind, z. B. durch Mehrtachströmen, Multitasking, Probenentnahme, Faseroptiken, Laservertahren oder Thermographie, wie durch eine Infrarotkamera, die die Temperatur an einer Anzahl von Katalysatorplätzen gleichzeitig aufzeichnet. Sensoren können die Produkte in einem Gas- oder flüssigen Strom oder auf der Oberfläche des Trägers ermitteln. Endothermische Reaktionen zeigen reduzierte Temperatur an den besten Katalysatoren. Einige Sensoren setzen ein zugegebenes Ermittlungsmittel ein, z. B. Ozon, um Chemoluminiszenz zu verleihen.
Markierungen: Beliebige Markierungen (Labels) können zur Identifizierung bestimmter Katalysatoren hinzugefügt werden, insbesondere wenn Teilchen als Träger für die Katalysatoren eingesetzt werden. Diese Markierungen können herkömmlich sein, wie in der Literatur diskutiert. Die Markierungen können Chemikalien sein, welche bei den Reaktionsbedingungen stabil sind, oder können radioaktiv mit bestimmten Emissionen sein. Die Verfahren der kombinatorischen Chemie können mit den Markierungen wie auch mit den gewählten Katalysatoren anwendbar sein, um zu der bestimmten Reaktion, welche von dem Katalysator verstärkt werden soll, zu passen.
Batch oder kontinuierliches Verfahren: Während die Erfindung vorzugsweise auf der Basis eines Durchflusses durchgeführt wird, wobei Reaktionsmittel an den Katalysatorflecken unter Reaktionsbedingungen vorbeifließen, kann das Batch-Verfahren z. B. in einem gerührten Autoklaven oder in gerührten Behältern eingesetzt werden, insbesondere bei biologischen Reaktionen.
Temperaturen, Drücke, Raumgeschwindigkeiten oder andere Reaktionsbedingungen: Diese werden durch die Reaktanten und die Reaktion bestimmt. Erhöhte Drücke können als Reaktionsbedingungen bereitgestellt werden, indem der Träger in einer Reaktionskammer mit einem Saphirfenster oder ähnlichem Fenster zur Beobachtung eingeschlossen wird, durch Aufzeichnungsmittel, oder durch druckfeste Anschlüsse, die sich durch die Reaktorwände erstrecken.
Die vorliegende Erfindung ist bei der Überprüfung von Katalysatoren für die Biotechnologie, zur Verstärkung der Gasphase und der Flüssigphasenreaktion geeignet; unter Batch- oder vorzugsweise unter kontinuierlichen Durchflussbedingungen; bei erhöhtem, reduziertem oder atmosphärischem Druck; und spart sowohl verstrichene Zeit als auch Arbeit bei der Überprüfung verbesserter Katalysatoren zur Unterstützung einer gewünschten Reaktion.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Diagramm eines bevorzugten Wabenkörperträgers mit einer Roboter-Pipettiereinrichtung, zur Abscheidung unterschiedlicher Kombinationen von Katalysatorbestandteilen in jedem der Kanäle, die durch den Wabenkörper verlaufen, welcher anschließend calciniert wird, um den Katalysator in jedem Kanal zu stabilisieren.
2 zeigt den Wabenkörper aus 1 schematisch in Kontakt mit Reaktanten, die durch die Kanäle fließen.
3a und 3b sind alternative schematische Diagramme von einem Kanal des Wabenkörpers aus 2, wobei ein Detektor das aus dem Kanal austretende Produkt durch Messung der Absorption in einem Laserstrahl, welcher durch die Erzeugnisse oder den Kanal gerichtet wird, ermittelt.
4a zeigt einen Kanal, welcher in seiner Mitte verstopft ist, bevor eine Lösung eines Katalysators empfangen wird und 4b zeigt, dass der Stopfen an das Ende des Ka nals bewegt wurde, um so einen Kanal zu bilden, welcher einen Katalysator in einer Hälfte der Länge aufweist und einen anderen Katalysator in der anderen Hälfte.
5 zeigt schematisch ein Blatt bzw. Blech des Trägers, auf welchem 15 Flecken unterschiedlicher Katalysatorzusammensetzungen abgeschieden wurden, wie in Beispiel 1 diskutiert.
6a zeigt ein Feld von Teilchen (Pellets) von Trägem an ihrer Position in einem Reaktor, nachdem sie mit unterschiedlichen Katalysatorkombinationen auf unterschiedlichen Pellets ionenausgetauscht wurden (wird schematisch durch unterschiedliche Markierungen auf den Pellets in der Figur dargestellt). 6b zeigt ein Vergleichsbeispiel eines gepackten bzw. komprimierten Reaktors, welcher weniger bevorzugt ist, da die stromaufwärts gerichteten Pellets mit frischem Einsatzmaterial in Kontakt stehen, während die stromabwärts gerichteten Pellets teilweise reagiertes Einsatzmaterial kontaktieren.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Illustratives Beispiel 1
Bezugnehmend auf 5 wird ein Bogen aus Alpha-Aluminiumoxid 10 mit Teilchen aus porösem Gamma-Aluminiumoxid durch Standardverfahren beschichtet (durch Washcoat-Verfahren). Lösungen aus Oxalatsalzen aus 12 unterschiedlichen Übergangsmetallelementen werden in einem Mikrotiterteller mit 24 Löchern aus Polystyrol hergestellt. Ein Beckman Biomek 2000 Roboter automatisiertes Flüssigkeitsbehandlungssystem wird verwendet, um Lösungen und Mischungen aus den Originalmaterialien herzustellen, wieder in den Löchern von Mikrotiterplatten. Der Roboter wird verwendet, um 20 Mikroliter Stichproben jeder der resultierenden Lösungen an definierten Positionen (Flecken) 12 auf der Oberfläche des Aluminiumoxidträgers 10 abzuscheiden, welche anschließend getrocknet, calciniert und in einen Reaktor eingeführt werden, welcher geeignet ist, die Temperatur bei Temperaturen von 100 bis 350°C zu steuern. Nach der Reduktion wird eine potentielle reaktive Mischung aus Sauerstoff und Wasserstoff in den Reaktor eingeführt. Eine Agema infrarotempfindliche Kamera 14 wird verwendet, um den Aluminiumoxidträger durch ein infrarotdurchlässiges Saphirfenster über einen polierten Metallspiegel zu beobachten. Die Kamera wird so eingestellt, dass das untere Ende des dynamischen Bereichs eine Temperatur von ungefähr 40°C unterhalb der Einsatzmateri altemperatur entspricht und das maximale Signal mit einer Temperatur von ungefähr 200° höher. Die Zusammensetzungen, welche die Reaktion katalysieren, werden durch die lokalisierte Temperaturerhöhung (Verringerung bei endothermen Reaktionen) um die Flecken 12 der Reaktion ermittelt, wie auf der Fotografie 18 dargestellt.
Illustratives Beispiel 1a
Die Katalysatoren werden wechselweise durch das Durchführen der Reaktion in Anwesenheit einer Beleuchtung durch starkes ultraviolettes und/oder sichtbares Licht identifiziert, wobei die Infrarot-Thermographie, die unmittelbar nach der Ausleuchtung durchgeführt wird, abgestellt wird, oder unter Verwendung eines kurzen Filters auf der Ausleuchtungsquelle, um die Verunreinigung durch infrarote Strahlung zu eliminieren.
Illustratives Beispiel 2
Bezugnehmend auf 2, wird ein poröser Aluminiumoxidmonolith 20 (Corning) mit Kanälen, die einen quadratischen oder runden Querschnitt aufweisen, und sich in einem regulären Feld über die gesamte Dicke erstrecken, in jedem Kanal mit einer Lösung aus Katalysatorvorläufern mit unterschiedlichen Zusammensetzungen behandelt, wobei jede Zusammensetzung in ihrem eigenen Kanal angehäuft wird. Nach dem Trocknen, Calcinieren etc., wird der aktivierte Monolith in Kontakt mit einer fließenden potentiell reaktiven Mischung bei einer erhöhten Temperatur angeordnet, und mit Infrarot unter Verwendung einer Agema Modellkamera beobachtet. Die Enthalpie der Reaktion erzeugt lokale Temperaturunterschiede in der Nähe der Zusammensetzungen, welche die katalytische Aktivität zeigen, und diese werden als Temperaturänderungen in der Nähe des Ausgangs der Kanäle beobachtet.
Illustratives Beispiel 3
Bezugnehmend auf 2 und 3 wird ein poröser keramischer Monolith 20 der Art, die in Beispiel 2 beschrieben ist, und der verschiedene Katalysatorzusammensetzung in seinen Kanälen trägt, in einen Reaktor (nicht dargestellt) auf solch eine Weise eingeführt, dass die gesamte Länge jedes Kanals durch Saphirfenster an den Enden des Reaktors beobachtet werden kann. Eine thermische Infrarotquelle mit breitem Spektrum wird an einem Ende des Reaktors angeordnet, und stellt eine Infrarot-Feldenergieflussdichte bereit. Eine infrarotempfindliche Agema Kamera wird auf solch eine Weise angeordnet, dass die Infrarotquelle direkt durch einen beträchtlichen Bereich der Poren beobachtet werden kannn. Ein interterometrischer oder anderer Filter wird auf einer Seite des Reaktors zwischen der Kamera und der Infrarotquelle angeordnet, so dass das die Kamera aus der Quelle erreichende Licht geeignet auf Längenwellen zwischen 4 und 4,5 μm beschränkt wird. Die Beobachtung des Absorptionsvermögens in diesem Wellenlängenbereich wird verwendet, um die möglichen Katalysatorzusammensetzungen auf der Basis ihrer Herstellung von Kohlenstoftdioxid zu vergleichen, einem ungewünschten Nebenprodukt der beabsichtigten Reaktion. Die für die geringe Kohlenstoffdioxidbildung ausgewählten Katalysatorzusammensetzungen (in Kombination mit einer hohen Gesamtumwandlungsaktivität, gemessen durch das Infrarot-Absorptionsvermögen des gewünschten Produkts oder durch Infrarot-Thermographie) zeigten eine hohe Selektivität für das gewünschte Produkt gegenüber dem Kohlenstoffdioxid-Nebenprodukt.
Illustratives Bispiel 4
Eine Kollektion von Katalysator-Vorläuferzusammensetzungen wird durch eine automatische Flüssigkeitshandhabungseinrichtung hergestellt und ein Katalysator-Trägerteilchen wird mit jeder Zusammensetzung in Kontakt gebracht. Nach einer weiteren Behandlung zur Stabilisierung und Aktivierung des Katalysator-Vorläufers werden Katalysatorpellets auf einer Oberfläche angeordnet und einer potentiell reaktiven Umgebung ausgesetzt und ihre Aktivität wird durch Infrarot-Thermographie bestimmt.
Vergleichsbeispiel 5
Lösungen von Kombinationen von Katalysator-Vorläufer werden in einer Vielzahl von getrennten Behältern hergestellt. Jede Zusammensetzung enthält auch eine geringe Menge eines Markierungsmaterials (z. B. stabile Isotope des Kohlenstoff- oder Schwefelelements in unterschiedlichen Mengen). Katalysator-Trägerteilchen werden mit den hergestellten Katalysatorvorläufern in Kontakt gebracht und aktiviert. Die Pellets werden anschließend jeweils eins zu einem Zeitpunkt mit einer potentiell reaktiven Mischung (z. B. durch Schlämmung in ein eingeschlossenes Volumen) in Kontakt gebracht und die Aktivität gemessen (durch Thermographie, durch spektroskopische Messung der Erzeugnisse oder durch Probenentnahme des umgebenden Dampfes oder der Flüssigkeitsphase). Teilchen, die Aktivität zeigen, werden gesammelt und einzeln analysiert be züglich ihres Gehalts des Markierungsmaterials, um so die Zusammensetzung zu bestimmen, die die gewünschte Katalysatoraktivität zeigt.
Illustratives Beispiel 6
sBeispiel 2 wird wiederholt, mit der Ausnahme, dass nur ein Teil der Porenlänge mit einem Katalysatorkandidat beschichtet wird, um so die Beobachtung einer unmodifizierten monolithischen Porenwand zu ermöglichen, als ein Kontrollreferenzstandard für die optische Gleichförmigkeit.
Illustratives Beispiel 7
Das Emissionsvermögen der Trägermonolithporen des Trägers aus Beispiel 2 bei einer Wellenlänge, welche von Interesse ist, ist abgebildet, indem das Monolith bei der beabsichtigten Untersuchungstemperatur in der Abwesenheit von Reaktanten gehalten wird. Digital aufbewahrte Karten des Emissionsvermögens werden verwendet, um den unter experimentellen Bedingungen gemessenen Infrarot-Energiefluss zu normalisieren, um die Genauigkeit zu verbessern, mit welcher die lokalen Temperaturen bestimmt werden können.
Illustratives Beispiel 8
Eine Oberfläche mit hohen, im wesentlichen gleichförmigen Emissionsvermögens wird an dem Ende des Monoliths aus Beispiel 2 angeordnet, fern von der Kamera in engem Strahlungswärmeübertragung/Kontakt mit dem monolithischen Kanalmaterial. Die Temperatur des Bereichs der Oberfläche in der Nähe des offenen Endes jedes Kanals wird beobachtet. In diesem Fall ist es notwendig, dass das Gas in die Kanäle über die gleichförmige strahlende Oberfläche geführt wird, entweder durch die Poren oder mittels eines geringen Abstands zwischen der strahlenden Oberfläche und dem Monolith.
Illustratives Beispiel 9
Alternativ können die Flecken des Katalysators auf der inneren Oberfläche eines Reaktors abgeschieden werden, z. B. eines Rohres, welches aus dem Trägermaterial gebildet wird, und die Temperatur der entsprechenden Flecken an der Außenseite des Reaktors können gemessen werden, um durch Leitfähigkeit zu bestimmen, ob der jeweilige Katalysator bei der Reaktionstemperatur zugenommen oder abgenommen hat.
Vergleichsbeispiel 10
Das Verfahren aus Beispiel 1 wird wiederholt, mit der Ausnahme, dass die Reaktanten in der flüssigen Phase vorliegen und dass ein Flüssigphasenfeld verwendet wird, um die Aktivität der einzelnen Katalysatorkandidaten zu ermitteln.
Vergleichsbeispiel 11
Die Untersuchung aus Beispiel 4 wird wiederholt, mit der Ausnahme, dass die Metallbeladung direkt durch Auflösung des Pellets gemessen wird und die Metallbeladung direkt analysiert wird.
Illustratives Beispiel 12
Ein Bogen aus Alpha-Aluminiumoxid wird mit Teilchen aus porösen Gamma-Aluminiumoxid durch Standardverfahren beschichtet (washcoat). Lösungen von Oxalatsalzen aus zwölf unterschiedlichen Übergangsmetallelementen werden in den Löchern einer Mikrotiterplatte aus Polystyrol mit 24 Löchern hergestellt. Ein Beckmann Biomek 2000 automatisiertes Flüssigkeitshandhabungssystem wird verwendet, um die Auflösungen und Mischungen der Originalmaterialien herzustellen, wiederum in den Löchem der Mikrotiterplatte. Ein Biomek-Roboter wird verwendet, um 40 Mikroliter Stichproben jeder der resultierenden Lösungen an definierten Positionen auf der Oberfläche des Aluminiumträgers abzuscheiden, welche anschließend getrocknet, calciniert und in einen Reaktor eingeführt werden, welcher bei einer Temperatur von 200°C gesteuert wird. Eine gasförmige Mischung aus Wasserstoff (97,5%) und Sauerstoff (2,5%) wird bei einer Temperatur von 200°C zugeführt. Eine infrarotempfindliche Kamera wird verwendet, um den Aluminiumoxidträger durch ein infrarotdurchlässiges Saphirfenster zu beobachten. Die Kamera ist so eingestellt, dass ihr unterer Bereich der Temperatur des Einsatzmaterials entspricht und das maximale Signal entspricht einer Temperatur von 20° höher oder mehr. Die Zusammensetzungen, welche die Reaktion katalysieren, werden durch die lokale Temperatur ermittelt, welche sich um die Flecken dieser Zusammensetzung erhöht.
Illustratives Beispiel 13
Ein poröser Aluminiumoxid-Monolith mit quadratischen Poren, welche sich in einem regelmäßigen Feld durch die gesamte Dicke mit einer Dichte von 25 je Quadrat-Inch erstrecken, wird mit Aluminiumoxidteilchen beschichtet (washcoat). Die Kanäle werden anschließend teilweise mit Lösungen aus unterschiedlichen Zusammensetzungen angefüllt, wobei jede ein oder mehrere Metalloxalate oder Nitratsalze enthält, wobei jede Zusammensetzung in ihrem eigenen Kanal oder einer Anzahl von Kanälen angehäuft wird. Nach dem Trocknen und Aktivieren in der Anwesenheit von Wasserstoffgas, wird der aktivierte Monolith in einen mit einem Saphirfenster versehenen Reaktor eingeführt, welcher im Infraroten unter Verwendung einer IR-empfindlichen Kamera beobachtet werden kann. Die Kamera wird in solch einer Weise angeordnet, dass die Wände des Trägers beobachtet werden können. Das relative Emissionsvermögen des Trägers an jedem Pixel wird durch das Abbilden des Monoliths in dem Infraroten bestimmt, während der Reaktor und der Monolith jeweils bei einigen konstanten Temperaturen gehalten wird, wobei Stickstoffgas durch den Reaktor fließt.
Der Reaktor wird anschließend mit einer Gasmischung aus 2,5 Mol-% Sauerstoff in Wasserstoff gefüllt. Der Reaktor und die Temperaturen des Einsatzmaterials sind ursprünglich auf 40°C eingestellt und werden stufenweise erhöht, während der den Katalysator tragende Monolith wiederholt in dem Infraroten abgebildet wird. Die Temperatur in jeder Zelle kann durch das Beobachten der Zelle an einer Position in der Nähe des Endes des mit dem Katalysatorvorläufer beschichteten Bereichs des Kanals bewertet werden, oder durch Normalisieren der beobachteten Infrarotenergie-Emission durch das Emissionsvermögen, welches von den Bildern berechnet wird, die unter nichtreaktiven Bedingungen entnommen wurden. Die Zusammensetzungen in den Zellen, welche die früheste Temperaturerhöhung oberhalb der Reaktortemperatur zeigen, sind als Wasserstoff-Oxidationskatalysatoren geeignet.
Illustratives Beispiel 14
Ein poröser Aluminiumoxid-Monolith mit quadratischen Kanälen in einem regelmäßigen Feld, welche sich durch die gesamte 10 cm Dicke mit einer Dichte von 25 pro Quadrat-Inch erstrecken, wird mit Aluminiumoxidteilchen beschichtet (washcoat). Die Kanäle werden teilweise mit Lösungen unterschiedlicher Zusammensetzungen angefüllt, wobei jede ein oder mehrere Metallsalze enthält und in einigen Fällen auch mögliche Modifizie rer wie Barium-, Cäsium- oder Kaliumverbindungen, wobei jede Zusammensetzung in ihrem eigenen Kanal oder einer Anzahl von Kanälen angehäuft wird.
Nach dem Trocknen und der Reduktion in Anwesenheit von Wasserstoffgas wird der aktivierte Monolith in einen Reaktor eingeführt, welcher durch ein Saphirfenster unter Verwendung einer infrarotempfindlichen Kamera beobachtet werden kann. Dieses erste Fenster wird 0,5 cm von der Oberfläche des Monoliths angeordnet. Die Kamera wird auf solch eine Weise angeordnet, dass man durch das Fenster, durch die Kanäle des Trägers und durch ein zweites Saphirfenster in Richtung einer Quelle einer Infrarotstrahlung sehen kann.
Der Reaktor wird anschließend mit Methangas angefüllt, welches mit Sauerstoff und Argon auf solch eine Weise vermischt ist, dass das Gas durch die Kanäle des Monoliths auf die Kamera zufließt. Ein optischer Filter, welcher die Infrarot-Strahlung bei 4,3 Mikron selektiv durchleitet, einer Wellenlänge, die von Kohlenstoffdioxid stark absorbiert wird, wird zwischen der Infrarotquelle und der Kamera eingeführt. Die effektive Konzentration des Kohlenstoffdioxids in jedem Kanal wird aus der Infrarotintensität bei 4,3 Mikron, die in dem Kanal gesehen wird, gefolgert. Das Ablesen bei 4,5 Mikron für jeden Pixel wird durch die Ablesung geteilt, welche durch einen Filter erfolgt, der für eine Infrarotwellenlänge in der Nähe von 4,3 μm selektiv ist, welche jedoch nicht so stark von Kohlenstoffdioxid, Methan oder Wasser absorbiert wird, um potentielle optische Artefakte zu kompensieren.
Die Zusammensetzungen, welche höhere Konzentrationen an Kohlenstoffdioxid nach langem Aussetzen unter Betriebsbedingungen zeigen, sind für die katalytische Oxidation von Methan geeignet.
Vergleichsbeispiel 15
Lösungen aus Kombinationen von Katalysatorvorläufern werden in einer Vielzahl von getrennten Behältern hergestellt. Jeder Aufschlämmung enthält auch eine geringe Menge eines Markierungsmaterials (z. B. stabile Isotope des Elements Schwefel in unterschiedlichen Mengen, die jeder Zusammensetzung entsprechen). Die Katalysatorträgerteilchen werden mit den Herstellungen der Zusammensetzungen der Katalysatorvorläufer in Kontakt gebracht und aktiviert. Pellets werden anschließend jeweils eines zu einem Zeitpunkt mit einer potentiell reagierenden Mischung in Kontakt gebracht (z. B. durch Schlämmung in einem eingeschlossenen Volumen) und ihre Aktivität wird gemessen (durch Thermographie, durch spektroskopische Messung von Produkten, oder durch Probenentnahme des umgebenden Dampfes oder der flüssigen Phase). Teilchen, die Aktivität zeigen, werden gesammelt und einzeln bezüglich ihres Gehalts des Markierungsmaterials analysiert, um so die Zusammensetzung zu bestimmen, welche die gewünschte katalytische Aktivität zeigt.
Vergleichsbeispiel 16
Ein Teflonblock mit quadratischen Kanälen in einem regelmäßigen Feld, welches sich in der gesamten Dicke mit einer Dichte von 9 je Quadrat-Inch erstreckt, wird auf solch eine Weise hergestellt, dass ein flaches Loch an dem Boden jeden Kanals existiert. Jedes Loch wird mit einer unterschiedlichen Polymerherstellung, welches Sulfonsäuresuppen an seiner Oberfläche trägt, geladen und ein poröses zurückhaltendes Maschengewebe wird installiert, um die Polymerproben an ihrer Position zu halten.
Der mit Katalysator beladene Monolith wird in einen Reaktor eingeführt, welcher durch ein Fenster beobachtet werden kann, welches 0,5 cm von der Oberfläche des Blocks entfernt angeordnet ist. Eine Kamera ist in solch einer Weise angeordnet, um durch das Saphirfenster, durch die Kanäle des Trägers und durch ein zweites Fenster, in Richtung eines polarisierten Lichts zu sehen. Ein Polarisator wird zwischen dem Block und der Kamera angeordnet.
Eine Saccharose-Lösung wird in den Reaktor auf solch eine Weise eingeführt, dass sie durch die Kanäle des Blocks fließt. Der Rotationswinkel des polarisierten Lichts beim Durchleiten der Flüssigkeit in jeden Kanal wird gemessen, indem der Polarisator in verschiedenen Winkeln rotiert wird, und die Änderung der Helligkeit des durch jeden Kanal durchdringenden Lichts beobachtet wird. Die möglichen Katalysatoren, die in den Kanälen angeordnet sind, welche die größte Änderung des Rotationswinkels zeigen, sind als Katalysatoren wie Saccharose-Hydrolyse besonders geeignet.
Illustratives Beispiel 17
Katalysatoren für die Fotooxidation von Hexan werden identifiziert, indem die Reaktion in der Vorrichtung aus Beispiel 16 in Anwesenheit einer Beleuchtung aus starkem ultravioletten und/oder sichtbaren Licht durchgeführt wird, wobei die Infrarot-Thermographie unmittelbar nach Abschalten der Beleuchtung durchgeführt wird, oder durch Verwendung eines kurzen Filters auf die Beleuchtungsquelle, um die verunreinigende Infrarotstrahlung zu eliminieren.
Illustratives Beispiel 18
Proben aus Cyanogenbromid-aktivierten vernetzten Agarosekugeln werden Lösungen aus Alkoholoxydase bei verschiedenen pH-Werten, Salzkonzentrationen und Enzymkonzentrationen ausgesetzt. Nach dem Kuppeln des Enzyms werden restliche aktive Gruppen mit Ethanolamin abgeschreckt, die Kugeln gewaschen und jede Probe in ein getrenntes Loch einer Mehrlochplatte eingeführt. Die Platte wird einem Luftstrom ausgesetzt, enthaltend Ethanoldampf und mit einer infrarotempfindlichen Amber Kamera beobachtet. Die Proben, welche die größte Temperaturerhöhung zeigten, werden als stark aktive unbewegliche Alkoholoxidase-Katalysatoren ausgewählt.
Illustratives Beispiel 19
Proben aus Cyanogenbromid-aktivierten vernetzten Agarosekugeln werden Lösungen aus Antialkoholoxidase-Antikörpern bei unterschiedlichen pH-Werten, Salzkonzentrationen und Antikörperkonzentrationen ausgesetzt.
Nach dem Kuppeln mit dem Enzym werden die restlichen aktiven Gruppen mit Ethanolamin abgeschreckt. Die Kugeln werden gewaschen, einer Lösung aus Alkoholoxidase ausgesetzt, erneut gewaschen und jede Probe in ein getrenntes Loch einer Mehrlochplatte eingeführt. Die Platte wird einem Luftstrom enthaltend Ethanoldampf ausgesetzt und mit einer infrarotempfindlichen Amber-Kamera beobachtet. Die Proben, die die größte Temperaturerhöhung zeigten, werden als stark aktive unbewegliche Alkoholoxidase-Katalysatoren ausgewählt.
Illustratives Beispiel 20
Ein keramischer Monolith mit Kanälen, die in einem senkrechten Reihen-/Spaltenformat angeordnet sind, welche sich durch die gesamte Dicke erstrecken, werden mit porösen Aluminiumoxidteilchen beschichtet (washcoat) und alle Kanäle in jeder Spalte werden mit den gleichen Katalysatorvorläufern behandelt, welche aktiviert sind. Ein potentieller reaktiver Strom wird durch die Kanäle des Monoliths geleitet und ein Strahl mit mehreren Wellenlängen wird über die Oberfläche des Monoliths geleitet, parallel zu jeder Spalte, zu einem Detektor, welcher an dem Ende der Spalte angeordnet ist. Die Zusammensetzung des Stroms, welcher die Poren in der Spalte verlässt, wird durch Verarbeiten des Detektorauslasses bestimmt, umfassend Fourier-Transformation und/oder gewogene Summierung/Differenzierung der Intensitäten bei verschiedenen Wellenlängen.
Illustratives Beispiel 21
Pellets, welche katalytisch-aktive Gruppen tragen, die geeignet sind, die Umwandlung sowohl der D- als auch L-Stereoisomere eines Reaktanten zu katalysieren, werden mit einer Vielzahl von Substanzen behandelt, die potentiell geeignet sind, vorzugsweise die Umwandlung des L-Stereoisomers der Verbindung durch den Katalysator zu unterdrücken (zeitweise oder permanent). Die Pellets werden entlang der Löcher einer Mehrlochplatte verteilt und einer Mischung der Isomere der Verbindung ausgesetzt, um modifiziert zu werden. Die Pellets, die mit dem Supressor behandelt sind, zeigen die größte Reduktion der Aktivität zur Umwandlung des L-Isomers, und sind besonders geeignet zur stereoselektiven Modifikation des D-Isomers.
Illustratives Beispiel 22
Ein keramischer Monolith mit Kanälen, die in senkrechten Reihen/Spaltenformat angeordnet sind und sich durch die gesamte Dicke erstrecken, werden mit porösen Aluminiumoxidteilchen beschichtet (washcoat) und die Kanäle werden mit Katalysatorvorläufern behandelt, welche aktiviert sind. Ein potentiell reaktiver Strom wird durch die Kanäle des Monoliths geleitet. Ein Leitungssystem bestehend aus einer Anordnung von Rohren, die jeweils kleiner sind als der Durchmesser eines einzelnen Kanals, wird verwendet um einen Strom enthaltend Ozon in den durch jeden Kanal fließenden Strom in der Nähe des Auslasses einzuführen. Die Reaktion des eingeführten Ozons mit dem gewünschten Produkt setzt Licht frei, welches von einer Kamera ermittelt wird, die auf den Monolith gerichtet ist. Die Katalysatorzusammensetzung, die die stärkste Lichtabgabe zeigt, ist ein geeigneter Katalysator für die Umwandlung von Reaktanten zu dem Ozon-reaktiven gewünschten Produkt.
Modifikationen
Spezifische Zusammensetzungen, Verfahren oder Ausführungsformen, die diskutiert wurden, sollen nur illustrativ für die Erfindung sein, die in dieser Beschreibung offenbart ist. Variationen dieser Zusammensetzungen, Verfahren oder Ausführungsformen werden Fachleuten auf diesem Gebiet schnell deutlich, basierend auf der Lehre dieser Beschreibung und sollen daher als Teil der hier offenbarten Erfindungen enthalten sein. Zum Beispiel können statistisch aufgebaute Experimente und automative, iterative Untersuchungsverfahren eingesetzt werden, um eine weitere Verringerungen des Zeitraumes zur Überprüfung zu erzielen. Eine Befestigung/Anordnung von vorgeformten katalytischen Elementen (insbesondere Präzipitaten), wie auch einzelnen Molekülen und Komplexen wie Metallocenen) auf einem Substrat, vorzugsweise durch Ausfällung oder Abscheidung ist in vielen Fällen geeignet.
Die Ermittlung kann die Zugabe einiger Reaktionsmittel zu dem Strom enthalten, welcher jeden Kandidat verlässt, wobei der Reaktant die Ermittlung eines Katalysatorprodukts ermöglicht, durch Verfärbung oder eine Reaktion, die ein ermittelbares Produkt, Licht etc., bereitstellt.
Die Träger können Felder mit speziellen Anordnungen für eine gleichförmige Fließverteilung enthalten, z. B. einen Kopf bzw. Kollektor einer Vielzahl von Zufuhrrohren, welche in jeden Kanal in einem Block eingeführt sind.
Die Ermittlungseinrichtungen können Temperaturmessungen durch akustische Pyrometrie, Bolometrie, Beobachtung der Infrarot-Emissionen der Produktgase direkt, ohne die herkömmliche Quelle und unter Verwendung der Strahlung heißer Gase stattdessen, die bei charakteristischen Wellenlängen emittiert werden, umfassen.
Andere Modifikationen können die Überprüfung des Selektionsvermögens nah der absichtlichen Vergiftung einiger Orte umfassen, insbesondere bei der Chiralkatalyse etc.
Die Formulierungen bzw. Zusammensetzungen können in Form von Flecken oder Schichten auf der Oberfläche eines Trägers angeordnet sein, welcher Löcher oder Kanäle enthält oder von Kanälen, die sich durch den gesamten Träger erstrecken. Der Träger kann eine Form aus Kohlenstoff, Zeolit und/oder Kunststoff umfassen. Der Kunststoff kann einen Reaktanten umfassen. Der Träger kann eine Form eines Katalysators halten, hergestellt durch Mitfällung oder aus Aluminium oder aus Teilchen.
Wenigstens eine der Formulierungen bzw. Zusammensetzungen kann vorzugsweise ein Material umfassen, gewählt aus der Gruppe bestehend aus Übergangsmetallen, Platin, Eisen, Rhodium, Mangan, Metallocenen, Zink, Kupfer, Kaliumchlorid, Kalzium, Zink, Molybdän, Silber, Wolfram, Kobalt und Mischungen der vorgenannten.
Das Label kann unterschiedliche Isotope oder unterschiedliche Mischungen von Isotopen enthalten. Die Reaktionsbedingung kann einen Druck von mehr als einem Bar absoluten Druck umfassen und der Kontakt kann bei einer Temperatur von mehr als 100°C erfolgen.
Das Verfahren kann die Ermittlung von Temperaturänderungen in der Nähe einer jeweiligen Zusammensetzung aufgrund der endothermen oder exothermen Reaktion umfassen. Das Verfahren kann die Behandlung mit einem Reduktionsmittel umfassen. Der Schritt des in Kontakt bringens kann in der Anwesenheit von Verbindungen durchgeführt werden, welche die Verteilung eines Metalls innerhalb des porösen Trägers modifizieren. Die möglichen Katalysatorformulierungen bzw. Zusammensetzungen können in der Form von Flecken oder Schichten mit der Oberfläche eines Trägers in Kontakt gebracht werden, enthaltend eine Washcoat, getragen von einer Unterschicht.
Der Stabilisierungsschritt kann mit einem Temperaturgradienten oder anderen Mitteln durchgeführt werden, wobei bestimmte mögliche bzw. Kandidate Katalysatorzusammensetzungen unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt werden. Das Stabilisieren kann das Calcinieren, Bedampfen, Trocknen, die Reaktion, lonenaustausch und/oder Ausfällung umfassen. Die Ermittlung von Temperaturänderungen aufgrund einer Reaktion, kann eine Korrektur der Änderungen des Emissionsvermögens einsetzen, welche mit Unterschieden in chemischen Zusammensetzungen zusammenhängt.
Das Feld der zu testenden Zusammensetzungen kann vorgeformte Metallocene oder katalytische Komplexe enthalten, die auf einem Träger befestigt sind.
Die Infrarotstrahlung kann unter Verwendung einer nicht-dispersiven Infrarotspektroskopie oder durch einen Infrarot-empfindlichen fotografischen Film ermittelt werden. Die Er mittlungseinrichtungen können Mittel umfassen, um physikalisch über ein Feld von möglichen Zusammensetzungen zu scannen.
Die Beobachtung bei verschiedenen Wellenlängen kann durch mathematische Manipulation, z. B. Transformation, Gewichtssummierung und/oder Subtraktion etc. durchgeführt werden. Die Aktivität der Reaktion, der Reaktanten oder Produkte kann unter Verwendung einer zugegebenen Reaktion ermittelt werden, welche die Anwesenheit von Reaktion oder bestimmten Verbindungen oder Klassen von Verbindungen angibt.
Die Chemilumineszenz kann als ein Indikator der Aktivität der Reaktion verwendet werden, oder bestimmte Verbindungen oder Klassen von Verbindungen. Eine im wesentlichen ausgeblendete Strahlungsquelle kann bei der Ermittlung/Abbildung von Produkten eingesetzt werden. Mehrrohrprobenentnahme kann verwendet werden, um zu einem optischen Monitor zu führen. Um das Altern zu simulieren etc., können die Zusammensetzungen einem zerstörenden Mittel ausgesetzt werden, welches die Aktivität von wenigstens einer Zusammensetzung mit wenigstens 10% reduziert und anschließend gegebenenfalls Dampf, Wärme, H2, Luft, flüssigem Wasser oder anderen unterschiedlichen Substanzen oder Bedingungen ausgesetzt werden, welche die Aktivität von wenigstens einem Element der Kollektion um wenigstens 10% über der zuvor reduzierten Aktivität erhöhen, wodurch die Regenerierbarkeit, Reaktivierbarkeit, Entkoksung oder andere Katalysatoreigenschaften gemessen werden. Das schädliche Mittel kann erhöhte Temperaturen umfassen, V, Pb, Ni, As, Sb, Sn, Hg, Fe, S oder andere Metalle, H2S, Chlor, Sauerstoff, Cl und/oder Kohlenmonoxid.

Claims

Verfahren zum gleichzeitigen Untersuchen einer Vielzahl von Katalysatorformulierungskandidaten, wobei das Verfahren umfasst Vorsehen einer Vielzahl von unterschiedlichen Katalysatorformulierungskandidaten getrennt voneinander auf einem oder mehreren Trägern, gleichzeitiges in Kontakt bringen der Formulierungen mit einem Reaktionsmittel oder einer Reaktionsmittelmischung unter Reaktionsbedingungen in einem gemeinsamen Reaktor; und Bestimmen der relativen Wirksamkeit der Vielzahl von Katalysatorformulierungskandidaten durch gleichzeitiges (i) Beobachten der Wärme, welche während des Verlaufs der durch die Vielzahl der Katalysatorkandidaten katalysierten Reaktionen freigesetzt oder absorbiert wird, durch Infrarotthermographie, oder (ii) Analysieren der von der Vielzahl der Katalysatorkandidaten katalysierten Reaktionen durch Infrarotspektroskopie.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die relative Wirksamkeit der Vielzahl von Katalysatortormulierungskandidaten durch Analysieren der Reaktionsprodukte in der Nähe der jeweiligen Formulierungen bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die relative Wirksamkeit der Vielzahl von Katalysatortormulierungskandidaten durch Entnahme einer Probe in der Nähe der jeweiligen Formulierungen und durch Analysieren der Probe als Produkt durch Infrarotspektroskopie bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Formulierungen in Kontakt gebracht werden, während sie in der Form einer Gruppe von Reaktionsplätzen auf der Oberfläche eines gemeinsamen Trägers vorliegen.
Verfahren nach Anspruch 1, des weiteren umfassend das Identifizieren der jeweiligen Formulierungen anhand ihrer Position in einer Anordnung unterschiedlicher Katalysatorformulierungen auf einem gemeinsamen Träger.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorgesehenen Katalysatorformulierungen gebildet werden, indem ein poröser Träger mit einer Lösung in Kontakt gebracht wird, welche ein Metallsalz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die relative Wirksamkeit der Katalysatorformulierungskandidaten durch das Nachweisen der von den Reaktionen emittierten oder absorbierten Infrarotstrahlung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der gemeinsame Reaktor ein infrarotdurchlässiges Fenster umfasst und wobei die Infrarotstrahlung durch das infrarotdurchlässige Fenster nachgewiesen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, umfassend Bereitstellen der Vielzahl von Katalysatorkandidaten mit unterschiedlichen Zusammensetzungen an einer Vielzahl von Plätzen auf einem gemeinsamen Träger, Einschließen des Trägers in einer Reaktionskammer eines Parallelreaktors, wobei die Reaktionskammer ein infrarotdurchlässiges Fenster aufweist, gleichzeitiges in Kontakt bringen der Vielzahl von Katalysatorkandidaten mit einem oder mehreren Reaktionsmitteln unter Reaktionsbedingungen, um wenigstens eine Reaktion zu katalysieren, und gleichzeitiges Nachweisen der Infrarotstrahlung, welche durch die Reaktion an jedem der Vielzahl von Plätzen emittiert wird oder von dieser absorbiert wird, durch das infrarotdurchlässige Fenster mit einer Infrarotkamera während des Verlaufs der Reaktion, um die relative Wirksamkeit der Vielzahl von Katalysatorkandidaten zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 7, des weiteren umfassend ein Korrigieren der Variationen des Emissionsvermögens, welche mit den Unterschieden der chemischen Zusammensetzung der Vielzahl von Katalysatorformulierungen zusammenhängen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Variationen des Emissionsvermögens, welche mit den Unterschieden der Zusammensetzung der Katalysatorkandidaten zusammenhängen, durch Nachweisen der Infrarotstrahlung bestimmt werden, welche von jedem der Vielzahl von einen Katalysatorkandidaten enthaltenden Plätzen unter nichtreaktiven Bedingungen emittiert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die beobachteten Infrarotemissionen durch ein Verfahren korrigiert werden, das umfasst: Bestimmen des relativen Emissionsvermögens, welches mit jedem der Vielzahl von einen Katalysatorkandidaten enthaltenden Plätzen unter nichtreaktiven Bedingungen bei jeder von mehreren konstanten Temperaturen zusammenhängt, und Normieren der beobachteten Infrarotemissionen mit dem bestimmten relativen Emissionsvermögen bei der Reaktionstemperatur.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die beobachteten Infrarotemissionen durch ein Verfahren korrigiert werden, das umfasst: Beobachten der Infrarotstrahlung, welche von dem Trägermaterial emittiert wird, als ein Kontrollwert, und Normieren der Infrarotemissionen, welche von jedem der Vielzahl von einen Katalysatorkandidaten enthaltenden Plätzen beobachtet werden, mit dem Kontrollwert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, wobei die während des Verlaufs der Reaktion emittierte Strahlung durch Bilderzeugung mit einer infrarotempfindlichen Kamera nachgewiesen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die relative Wirksamkeit der Katalysatortormulierungskandidaten durch Nachweisen der Temperaturänderungen aufgrund der Reaktionen bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Temperatur der Reaktion während des Verlaufs der Reaktion durch Erfassen mit einem Temperatursensor bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die relative Wirksamkeit der Vielzahl von möglichen Katalysatorrezepturen durch eine Spektralanalyse der Reaktionsprodukte bei vielfachen Wellenlängen bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Reaktor ein Parallelreaktor ist, umfassend die Vielzahl von Katalysatorkandidaten, eine Vielzahl von Reaktionsplätzen, wobei sich jeder der Vielzahl von Katalysatorkandidaten an seinem eigenem Reaktionsplatz befindet, und ein oder mehrere strahlungsdurchlässige Fenster, wobei die Reaktionsprodukte oder Reaktionsmittel durch das eine oder die mehreren strahlungsdurchlässigen Fenster mit Strahlung bestrahlt werden und die Reaktionsprodukte durch spektroskopische Verfahren durch das eine oder die mehreren strahlungsdurchlässigen Fenster nachgewiesen werden, um die relative Wirksamkeit der Vielzahl von Katalysatorkandidaten zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Parallelreaktor ein Chargenreaktor ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Parallelreaktor ein Durchflussreaktor ist.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Durchflussreaktor geeignet ist, um einen gleichförmigen Fluss des die Reaktionsmittel enthaltenden Stromes durch jeden der Vielzahl von Reaktionsplätzen bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Parallelreaktor eine Vielzahl von Reaktionskanälen als Reaktionsplätze umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Parallelreaktor die Vielzahl von Reaktionskanälen in einem monolithischen Träger umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Analysierens durch Spektroskopie das Bestrahlen der Reaktionsprodukte oder Reaktionsmittel mit Infrarotstrahlung in der Nähe der jeweiligen Formulierungen durch ein infrarotdurchlässiges Fenster umfasst, und das gleichzeitige Analysieren der Reaktionsprodukte durch Infrarotspektroskopie.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl von Katalysatorkandidaten oder Vorläufern aus wenigstens einem von chemischen Umwandlungskatalysatoren, Kohlenwasserstoffsumwandlungskatalysatoren, anorganischen Katalysatoren, Metallen oder Metalloxiden, Übergangsmetallen oder Übergangsmetalloxiden, Zeolithen, Metallocenen und getragenen Katalysatoren gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Reaktionsbedingungen eine Temperatur von mehr als 100°C und zusätzlich oder alternativ einen Druck von mehr als 1 Bar umfasst.
Verfahren nach einen der vorangehenden Ansprüche, wobei das eine oder die mehreren Reaktionsmittel in der Gasphase vorliegen.
Vorrichtung zur Bewertung einer Vielzahl von unterschiedlichen Katalysatortormulierungskandidaten für die Katalyse, wobei die Vorrichtung umfasst einen Parallelreaktor, umfassend eine Vielzahl von Reaktinsplätzen, wobei jeder der Vielzahl der Reaktionsplätzen angepasst ist, einen unterschiedlichen Katalysatorkandidaten zu enthalten, wobei der Reaktor angepasst ist, dass die Vielzahl von Katalysatorkandidaten gleichzeitig mit einem oder mehreren Reaktionsmitteln unter Reaktionsbedingungen in Kontakt gebracht werden können und einen Detektor zur Bestimmung der relativen Wirksamkeit der Vielzahl von Katalysatorformulierungskandidaten, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor ein Paralleldetektor ist, welcher angepasst ist, gleichzeitig die Reaktionen zu beobachten und dadurch dass: (i) der Detektor Mittel umfasst, welche angepasst sind, die während des Verlaufs der von der Vielzahl von Katalysatorkandidaten katalysierten Reaktionen freigesetzte oder absorbierte Wärme zu beobachten, wobei die Mittel eine Infrarotkamera umfassen zur Beobachtung der von den Reaktionen emittierten oder absorbierten Strahlung durch ein oder mehrere infrarotdurchlässige Fenster, oder (ii) der Detektor eine Infrarotquelle und eine Infrarotkamera umfasst, um die von der Vielzahl von Katalysatorkandidaten katalysierten Reaktionen gleichzeitig durch Infrarotspektroskopie zu analysieren.
Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei der Parallelreaktor des weiteren einen gemeinsamen Träger umfasst, mit Reaktionsplätzen für die Vielzahl von Katalysatorformulierungskandidaten.
Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei der Parallelreaktor eine Vielzahl von Katalysatorkandidaten mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, eine Reaktionskammer, welche die Vielzahl von Katalysatorkandidaten einschließt, wobei die Reaktionskammer angepasst ist, dass die Reaktionskammer mit einem Gas, welches eines oder mehrere Reaktionsmittel umfasst, unter Druck gesetzt wird, um damit gleichzeitig die Vielzahl von Katalysatorkandidaten unter Reaktionsbedingungen in Kontakt zu brin gen, und ein infrarotdurchlässiges Fenster in der Reaktionskammer umfasst, wobei das infrarotdurchlässige Fenster und die Reaktionskammer angepasst sind, um die Infrarotstrahlung, welche von der durch jeden der Vielzahl von Katalysatorkandidaten katalysierten Reaktion emittiert wird, durch das infrarotdurchlässige Fenster während des Verlaufs einer Reaktion nachzuweisen, um die relative Wirksamkeit der Vielzahl von Katalysatorkandidaten zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 29, wobei die Infrarotquelle angepasst ist, um gleichzeitig eine Vielzahl von Reaktionsprodukten mit Strahlung durch ein oder mehrere strahlungsdurchlässige Fenster zu bestrahlen, und wobei der Detektor angepasst ist, die von einem Reaktionsprodukt absorbierte oder emittierte Strahlung durch das eine oder die mehreren strahlungsdurchlässigen Fenster während des Verlaufs der Reaktion gleichzeitig zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei der Reaktor ein oder mehrere infrarotdurchlässige Fenster umfasst und eine Strahlungsquelle zur Bestrahlung der Reaktionsprodukte oder Reaktionsmittel mit Infrarotstrahlung durch ein infrarotdurchlässiges Fenster und ein Infrarotspektrometer einschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 31, wobei der Parallelreaktor eine Vielzahl von Reaktionskanälen umfasst, wobei jeder der Vielzahl von Reaktionskanälen einen unterschiedlichen Katalysatorkandidaten, ein erstes infrarotdurchlässiges Fenster, und ein zweites infrarotdurchlässiges Fenster umfasst, wobei die Strahlungsquelle angepasst ist, um gleichzeitig eine Vielzahl von Reaktionsprodukten durch das erste infrarotdurchlässige Fenster mit Strahlung zu bestrahlen und wobei der Detektor angepasst ist, gleichzeitig die von einem Reaktionsprodukt absorbierte Strahlung durch das zweite infrarotdurchlässige Fenster während des Verlaufs einer Reaktion zu bestimmen, um die relative Wirksamkeit der Vielzahl von Katalysatorkandidaten zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 33, wobei die Strahlungsquelle eine Infrarotstrahlungsquelle ist und der Detektor eine infrarotempfindliche Kamera.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche 28 bis 34, wobei der Parallelreaktor ein Chargenreaktor ist.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche 28 bis 34, wobei der Parallelreaktor ein Durchflussreaktor ist.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche 28 bis 34, wobei der Parallelreaktor ein Durchflussreaktor ist, des weiteren umfassend ein Fluidverteilungssystem, um einen gleichmäßigen Fluss des das Reaktionsmittel enthaltenden Stromes durch jeden der Vielzahl von Reaktionskanälen bereitzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 28 oder 31, wobei der Parallelreaktor ein Durchflussreaktor ist, umfassend eine Vielzahl von Reaktionskanälen in einem monolithischen Träger, wobei jeder der Vielzahl von Reaktionskanälen einen Einlass zur Aufnahme eines das Reaktionsmittel enthaltenden Stromes und einen Abfluss zur Abgabe eines das Erzeugnis enthaltenden Stromes umfasst.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche 28 bis 38, wobei der Reaktor geeignet ist Reaktionsbedingungen bereitzustellen, die eine Temperatur von mehr als 100°C umfassen und zusätzlich oder alternativ einen Druck von mehr als 1 Bar.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Reaktionen durch Auswertung der Reaktionsprodukte analysiert werden.