Die vorgelegte Arbeit entstand im Zeitraum zwischen 04/2016 bis 10/2020 und wurde durch ein Promotionsstipendium des evangelischen Studienwerks Villigst e.V. gefördert. Das Ziel der vorgelegten Arbeit ist die Etablierung einer einheitlichen und automatisierten Co-Fällungsmethode für die Mischoxidsysteme der Form CeaMbOx mit M = Bi, Fe und Mn, die als Katalysatoren für den Abbrand eines Modelldieselrußes dienen. Für den thermogravimetrisch ermittelten Rußabbrand erfolgt die Kontaktierung zwischen Ruß und Katalysator im automatisierten Kontakt. Als Kenngrößen der Aktivität finden spezifische Abbrandtemperaturen sowie die dynamische Sauerstoffspeicherkapazität Anwendung.:Bibliographische Beschreibung und Referat III
Danksagung VII
Inhaltsverzeichnis IX
1. Einleitung 1
2. Zielsetzung 3
3. Theorie 5
3.1 Katalyse 5
3.2 Autoabgaskatalyse 5
3.2.1 Abgaskatalyse bei Ottomotoren 6
3.2.1.1 Dreiwegekatalysator 6
3.2.1.2 Benzinpartikelfilter 8
3.2.2 Autoabgaskatalyse bei Dieselmotoren 9
3.2.2.1 NOx-Kontrolle 10
3.2.2.2 Dieseloxidationskatalysator 11
3.2.2.3 Entfernung von Dieselruß 11
3.3 Oxidation von Ruß 17
3.3.1 Bildung von Ruß 17
3.3.1.1 Bildung von Aromaten 17
3.3.1.2 Wachstum von Aromaten 19
3.3.1.3 Partikelbildung 20
3.3.1.4 Oberflächenreaktionen 21
3.3.1.5 Partikelkoagulation 22
3.3.2 Mechanismus zur Oxidation von Ruß 23
3.3.2.1 Unkatalysierte Oxidation von Ruß mit O2 23
3.3.2.2 Unkatalysierte Oxidation von Ruß mit NO2 29
3.3.2.3 Katalysierte Oxidation von Ruß 31
3.4 CeO2 und CeO2-basierte Katalysatoren 42
3.4.1 CeO2 42
3.4.2 Cer-Bismut-Oxide 45
3.4.3 Cer-Eisen-Oxide 49
3.4.4 Cer-Mangan-Oxid 52
3.4.5 Zusammenfassung der Literaturrecherche 55
3.5 Synthese von Katalysatoren 56
3.5.1 Fällungsreaktionen 56
3.5.1.1 Allgemeine Grundlagen von Fällungsreaktionen 56
3.5.1.2 Ablauf von Fällungsreaktionen 57
3.5.1.3 Übersättigung 58
3.5.1.4 Keimbildung 59
3.5.1.5 Änderung der freien Enthalpie bei der Keimbildung 60
3.5.1.6 Kristallwachstum 62
3.5.1.7 Einflussgrößen auf Fällungsreaktionen 62
3.5.2 Sol-Gel-Synthese 63
3.5.3 Imprägnieren 64
3.5.4 Mikroemulsion 64
3.5.5 Weitere Synthesemethoden 64
4. Ergebnisse und Diskussion 66
4.1 Methodenentwicklung zur Bestimmung der Ionenkonzentration im Filtrat 66
4.1.1 Photometrische Bestimmung von Ce3+/4+, Bi3+ und Fe3+ 66
4.1.2 Photometrische Bestimmung von Manganionen 71
4.2 Weitere Filtratanalyse 73
4.3 Methodenentwicklung zur Analyse der Oxidproben 75
4.4 Kenngrößen zur Auswertung der Aktivitätsmessungen 80
4.5 Methodenentwicklung zur Kontaktierung von Ruß und Katalysator 83
4.6 Methodenentwicklung der Synthese am Syntheseroboter Chemspeed SLT 106 98
4.6.1 Allgemeine Beschreibung des Syntheseroboters Chemspeed SLT 106 98
4.6.2 Vorversuche mit den Modulen Reaktorblock und Vial 99
4.6.3 Modifizierung des Aufbaus der Chemspeed SLT 106 103
4.6.4 Optimierung der Dosierparameter an der Chemspeed SLT 106 104
4.7 Cer-Bismut-Oxid 107
4.7.1 Auswertung der Vorversuche 107
4.7.1.1 Vorversuche zur Fällung von Bi2O3 108
4.7.1.2 Vorversuche zur Fällung von CeO2 112
4.7.1.3 Zusammenfassung der Vorversuche 119
4.7.2 Synthese der Fällungsbibliotheken für das CeaBibOx-System 122
4.7.2.1 Titrator-Fällungsbibliothek 124
4.7.2.2 Einfluss der Dosiergeschwindigkeit des Fällungsmittels auf die Partikelgröße des Niederschlages 132
4.7.2.3 Chemspeed-Fällungsbibliothek 133
4.7.2.4 Reverse Strike Chemspeed-Fällungsbibliothek 148
4.7.2.5 Normale Fällung mit Ölsäure – Fällungsbibliothek II 160
4.7.2.6 Zusammenfassung der CeaBibOx-Fällungsbibliotheken 179
4.8 Cer-Eisen-Oxid 182
4.8.1 Vorversuche zur Fällung von Eisenoxiden 182
4.8.2 Vorversuche zur Fällung von Cer-Eisen-Oxiden 186
4.8.3 Synthese der Fällungsbibliotheken für das CeaFebOx-System 190
4.8.3.1 Chemspeed-Fällungsbibliothek mit H2O als Lösungsmittel 190
4.8.3.2 Reverse Strike-Fällungsbibliothek mit H2O als Lösungsmittel 202
4.8.3.3 Reverse Strike-Fällungsbibliothek mit HNO3 als Lösungsmittel 212
4.8.3.4 Zusammenfassung der CeaFebOx-Fällungsbibliotheken 223
4.9 Cer-Mangan-Oxid 226
4.9.1 Vorversuche zur Fällung von Manganoxiden 226
4.9.2 Vorversuche zur Fällung von Cer-Mangan-Oxiden 230
4.9.3 Synthese der CeaMnbOx-Fällungsbibliotheken 231
4.9.3.1 Chemspeed-Fällungsbibliothek mit H2O als Lösungsmittel 231
4.9.3.2 Reverse Strike-Fällungsbibliothek mit H2O als Lösungsmittel 243
4.9.3.3 Reverse Strike-Fällungsbibliothek mit HNO3 als Lösungsmittel 255
4.9.4 Zusammenfassung des CeaMnbOx-Systems 267
5 Zusammenfassung 269
6 Experimenteller Teil 275
6.1 Verwendete Chemikalien 275
6.2 Synthesevorschriften 276
6.2.1 Batch-Synthese am Titrator 276
6.2.2 Automatisierte Synthese 279
6.3 Kontaktierung von Ruß und Katalysator 283
6.4 Aktivitätsmessungen 284
6.4.1 Messung des Rußabbrandes 284
6.4.2 Messung der dynamischen Sauerstoffspeicherkapazität 285
6.5 Filtratanalyse 286
6.5.1 Photometrische Bestimmung von Bi3+, Ce4+ und Fe3+ 286
6.5.2 Photometrische Bestimmung von Mn2+ 287
6.6 Charakterisierung der Katalysatoren 288
6.6.1 Röntgenpulverdiffraktometrie (PXRD) 288
6.6.2 Ramanspektroskopie 288
6.6.3 Spezifische Oberfläche nach Brunauer, Emmett und Teller (SBET) 289
6.6.4 Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) 289
6.6.5 Dynamische Lichtstreuung (DLS) 289
6.6.6 Statische Lichtstreuung (SLS) 290
6.6.7 Transmissionselektronenmikroskopie und Energiedispersive Röntgenspektroskopie (TEM/EDX) 291
7 Verzeichnisse 292
7.1 Abkürzungsverzeichnis 292
7.2 Abbildungsverzeichnis 300
7.3 Tabellenverzeichnis 308
7.4 Literaturverzeichnis 317
8 Anhang 344
Lebenslauf 355
Veröffentlichungen und andere wissenschaftliche Leistungen 356
Selbständigkeitserklärung 357
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:82571 |
| Date | 21 December 2022 |
| Creators | Hebert, Sabrina Christina |
| Contributors | Stöwe, Klaus-Dieter, Armbrüster, Marc, Technische Universität Chemnitz |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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