Einführung
Schwefelwasserstoff (H₂S) ist ein hochtoxisches und korrosives Gas, das in industriellen Prozessen wie der Erdölraffination, der Erdgasaufbereitung und der Abwasserbehandlung entsteht. Die effiziente Entfernung von H₂S ist entscheidend, um Umwelt- und Gesundheitsrisiken zu minimieren und industrielle Anlagen vor Schäden zu schützen. Die katalytische Oxidation stellt eine vielversprechende Methode dar, die jedoch leistungsfähige und stabile Katalysatoren erfordert.
Dieses Modul ermöglicht eine virtuelle Durchführung der Synthese und Charakterisierung stickstoffhaltiger Kohlenstoffmaterialien, die als Katalysatoren für die selektive H₂S-Oxidation eingesetzt werden können. Studierende durchlaufen den gesamten experimentellen Ablauf von der Materialauswahl über die Synthese bis zur Katalysatorbewertung.
Modulinhalte
1. Grundlagen der H₂S-Oxidation und Katalysatoranforderungen
Industrielle Relevanz der H₂S-Entfernung
Prinzipien der katalytischen Oxidation
Anforderungen an selektive und stabile Katalysatoren
2. Virtuelle Synthese stickstoffhaltiger Kohlenstoffkatalysatoren
Auswahl geeigneter Ausgangsstoffe (z. B. Melamin, Glukose)
Pyrolyse zur Herstellung stickstoffhaltiger Kohlenstoffmaterialien
Simulation der Hochtemperaturbehandlung im Muffelofen
3. Charakterisierung der synthetisierten Materialien
Untersuchung der Kristallstruktur mittels Röntgenpulverdiffraktometrie (XRD)
Bestimmung funktioneller Oberflächengruppen durch Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR)
Analyse der strukturellen Ordnung mit Raman-Spektroskopie
Untersuchung der chemischen Zusammensetzung mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) und Elementaranalyse
4. Evaluierung der katalytischen Leistung
Klassifizierung der Proben anhand ihrer Zusammensetzung
Vorhersage der katalytischen Aktivität basierend auf experimentellen Daten
Berechnung der H₂S-Umwandlungsrate und Selektivität
Vorteile der virtuellen Simulation
Sicherheit: Kein Umgang mit Hochdruckgasflaschen oder Hochtemperaturprozessen erforderlich
Ressourcenschonung: Reduzierung des Bedarfs an teuren Chemikalien und Großgeräten
Flexibilität: Einfache Integration in verschiedene Lehrpläne und Fernstudienkonzepte
Praxisnahe Forschung: Realitätsnahe Simulation experimenteller Abläufe
Theoretische Grundlagen der H₂S-Oxidation: 30 %
Virtuelle Synthese und Charakterisierung: 40 %
Simulation der katalytischen Aktivität: 30 %
Dieses Modul bietet Studierenden eine fundierte Einführung in die Entwicklung von Katalysatoren für die industrielle Entschwefelung und ermöglicht eine praxisnahe, simulationsgestützte Umsetzung aktueller Forschungsthemen.