Adsorption
Die Adsorption ist eines der leistungsfähigsten Verfahren zur technischen Abtrennung von niedrig konzentrierten Stoffen aus der Gas- oder Flüssigphase wobei das Anwendungsspektrum von der Wertstoffaufreinigung bis zur Abtrennung unerwünschter Komponenten wie Geruch- oder Schadstoffen aus z.B. industrieller Abluft reicht.
Biowertstoffen
ioaktive Stoffe wie z.B. Pharmazeutika werden häufig in enzymkatalysierten Prozessen hergestellt. Biologische Katalysatoren besitzen einige Vorteile gegenüber der chemischen Katalyse. So sind sie auch unter milden Reaktionsbedingungen wirkungsvoll. Es werden also keine extremen Temperaturen oder pH-Werte für eine erfolgreiche Erzeugung des Produktes benötigt. Darüber hinaus sind Enzyme spezifisch in ihrer Wirkungsweise. Der Umsatz kann erhöht und die Bildung von Nebenprodukten kann eingeschränkt werden.
Nach einer enzymkatalysierten Reaktion liegt ein Gemisch aus Ausgangssubstanzen, Produkten, Katalysator und evtl. Hilfsstoffen vor, aus dem der gewünschte Wertstoff isoliert werden muss. Mehrere im Gemisch enthaltene Stoffe können ähnliche Eigenschaften aufweisen, was ihre Trennung anspruchsvoll macht. Sie erfordert einen stoffspezifischen Ansatz. Dies kann z.B. durch selektive Adsorption erreicht werden, wobei das Produkt an einen maßgeschneiderten Feststoff angelagert wird. Auf diese Weise kann die Zielsubstanz effektiv aus dem Gemisch entfernt werden. Schlüsselparameter ist dabei die spezifische Wechselwirkung zwischen Adsorbens und abzutrennenden Stoff.
Darüber hinaus können ausgewählte Feststoffe dazu dienen die eingesetzten Enzyme an sie zu binden. Durch diese Immobilisierung können die Enzyme im Reaktor gehalten und wieder verwendet werden. So können die durch das Enzym verursachten Kosten pro Produktmenge gesenkt werden.
In der Arbeitsgruppe werden neue Prozesskonzepte entwickelt, wobei die Stofftrennung im Fokus der Arbeit steht. Diese kann in einer separaten Prozesseinheit erfolgen oder direkt in den Prozessschritt der Reaktion integriert sein.
Die Professur Niemeyer ist Partner im BMBF-geförderten Cluster „Nachhaltige Biotechnologie auf neuen Wegen – BIOKATALYSE2021
Schadstoffe
Verbundprojekt: Semipermeable Anzüge Für Einsatzkräfte (SAFE)
Eine Bedrohung durch Chemie-Unfälle, Brände, Naturkatastrophen oder terroristische Angriffe ist heutzutage stets latent vorhanden. In jedem Fall stehen die Einsatzkräfte aus Feuerwehr, Polizei oder Technischem Hilfswerk, die Menschenleben retten, schadensbegrenzende Maßnahmen durchführen und die Situation regulieren, stets einer unbekannten Situation gegenüber. Sie benötigen im Rahmen ihrer Einsätze bestmöglichen Schutz für ein möglichst sicheres Agieren in Gefahrensituationen.
Das Verbundprojekt SAFE nimmt sich dieser Aufgabe an und fördert die Entwicklung von Schutzanzügen mit verbesserter Schutzleistung vor hohen Temperaturen und Schadgasen, Möglichkeit zur Ortung des Trägers und zur Übermittlung von Vital-Parametern an eine Einsatzleitstelle.
Die Professur für Verfahrenstechnik insbesondere Stofftrennung an der HSU HH beschäftigt sich insbesondere mit der Herstellung und Charakterisierung der im Schutzanzug verwendeten Adsorbentien. Hierzu werden neuartige, anorganische Adsorbentien entwickelt, hergestellt und untersucht, um den Träger des semipermeablen Schutzanzuges vor hautresorptiven Schadgasen zu schützen.
Es werden sowohl reine Adsorbentien wie auch fertig laminierte Adsorbervliesstoffe im Labor bei unterschiedlichen Rahmenbedingungen untersucht.
Modifizierung von Kieselgel-Oberflächen zur Adsorption ausgewählter Schadstoffe aus der Umwelt
Zur selektiven Adsorption von einzelnen Komponenten aus Gemischen ist die Oberfläche des Adsorbens ausschlaggebend. Zur gezielten Oberflächenmodifikation werden maßgeschneiderte Liganden auf das Trägermaterial aufgebracht.
Die Herstellung von neuen Adsorbentien umfasst die Aktivierung des Trägermaterials, die Auswahl von Spacern sowie die Entwicklung und Anbindung des selektiven Liganden.
Als Trägermaterialien kommen Kieselgele, Zeolithe und Tonmineralien zum Einsatz.
Die entwickelten Adsorbentien werden hinsichtlich Selektivität, Kapazität und Adsorptionskinetik experimentell charakterisiert.
Geruchstoffe
Die Abtrennung von geruchstragenden Komponenten aus der Ernährungsindustrie sowie von Großküchen soll in einem internationalen Kooperationsprojekt zwischen deutschen und chinesischen Wissenschaftlern und Ingenieuren untersucht werden. Die Schwerpunkte liegen auf der Entwicklung von leistungsfähigen Trennverfahren in Adsorptions- und Absorptionsprozessen, alleinstehend oder in Kombination, der Analytik zur Bestimmung von geruchsaktiven Substanzen und von Methoden der Prozessmesstechnik sowie dem Geruchsmanagement.
Ein Hauptziel ist, Technologien anzubieten, welche den Anforderungen der Bevölkerung und der Behörden entsprechen. Moderne Verfahren weisen eine hohe Leistungsfähigkeit auf, um diese Emissionen signifikant zu reduzieren. Dies ist aufgrund der hohen sensitiven Detektionsfähigkeit des menschlichen Geruchsinns auch erforderlich, um eine Verringerung von Geruchsbelästigungen bewirken zu können. Die industriellen Partner, welche Bestandteile für Abluftbehandlungsanlagen bereitstellen, sehen vielversprechende Vermarktungsmöglichkeiten für neue und leistungsgesteigerte Produkte wie Adsorbentien oder Katalysatoren, gesamte Reinigungsprozesse und Anlagenkomponenten sowie die Prozessanalytik. Bevorzugt die regionalen Marktsegmente in Europa und China stehen hier im Fokus der Industriepartner. Es wird erwartet, dass die Entwicklung ökonomisch und ökologisch leistungsfähiger Verfahren zur Geruchsminderung sowie die angestrebten neuen Entwicklungen auf dem Gebiet der Geruchskontrolle zum einen Arbeitsplätze sichern und zum anderen zielstrebig die Wettbewerbsposition für die beteiligten Unternehmen verbessern.
Die Ergebnisse des Gesamtprojektes tragen zur Verminderung negativer Einflüsse durch gesundheitsgefährdende oder unangenehme bzw. belästigende Gerüche für Firmenmitarbeiter und Anwohner im Umfeld von Lebensmittel erzeugenden bzw. verarbeitenden Betrieben bei.
Clusteranalyse
Durch eine Reduzierung der Komplexität von Vielstoffgemischen ermöglicht die Clusteranalyse eine kosten- und zeitsparende Auslegung von technischen Anlagen wie beispielsweise Adsorptionsanlagen. Mit Hilfe der Clusteranalyse werden chemische Verbindungen zu Gruppen zusammengefasst, deren Komponenten jeweils ähnliche Eigenschaften aufweisen. Dies kann z.B. bei der Entwicklung/Auswahl geeigneter Adsorbentien ausgenutzt werden, indem mit Hilfe der Clusterbildung aus einer Vielzahl relevanter Adsorptive (Wert- oder Schadstoffe) geeignete Modellsubstanzen ausgewählt werden, deren Adsorptionsverhalten repräsentativ für eine ganze Substanzklasse ist.
Die Clusteranalyse wurde erfolgreich zur Reduzierung des experimentellen und zeitlichen Aufwands zur Entwicklung geeigneter Adsorbentien für verschiedene Anwendungsfälle eingesetzt. So wurden z.B. im Bereich der adsorptiven Reinigung geruchsbelasteter Abluft 160 Substanzen auf 20 Cluster reduziert, wobei experimentell verifiziert werden konnte, dass die Komponenten eines Clusters jeweils ähnliche Adsorptionseigenschaften aufweisen. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Vorgehensweise maßgeblich zur Verringerung der Komplexität von Vielstoffgemischen und damit zur Beschleunigung der Verfahrenskonzeptionierung und des Prozessdesigns eignet.
Letzte Änderung: 8. November 2017