Ressourceneffiziente chemische Synthese in Kugelmühlen

Für viele Syntheseprozesse in der chemischen Produktion und Forschung sind Lösungsmittel unverzichtbar.

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Industrielle Anwendung der Projektergebnisse mit der Simoloyer®-Technologie
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Mit Zentallium hat die Zoz Group einen innovativen metallischen Leichtbauwerkstoff entwickelt
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Schematische Darstellung: In Planetenkugelmühlen wird das Mahlgut durch Kollisionen der Mahlkugeln zerkleinert.

Für viele Syntheseprozesse in der chemischen Produktion und Forschung sind Lösungsmittel unverzichtbar. Teilweise werden 50–80 % der Produktionsmasse für Lösemittel aufgewandt. Ihr Einsatz bedeutet durch die damit einhergehenden Emissionen eine Umwelt- und Gesundheitsgefährdung und ist vielfach mit einem hohen Stoff- und Energieaufwand verbunden, da Lösungsmittel bereitgestellt, nach der Reaktion abgetrennt, aufgereinigt oder entsorgt werden müssen. Der Verzicht auf Lösungsmittel stellt daher eine essenzielle Option zur Prozessintensivierung dar.

In einem Verbundprojekt hat die Friedrich-Schiller-Universität Jena gemeinsam mit der Zoz GmbH, der Fritsch GmbH, der TU Braunschweig und der Evonik Industries AG die lösungsmittelfreie organische Synthese mit Planetenkugelmühlen und Hochenergiekugelmühlen erfolgreich getestet und praxisreif weiterentwickelt. Ziel des Projektes war die Untersuchung von lösemittel-
freien organischen Synthesen in Planetenkugelmühlen im Labormaßstab und das Upscaling in den techni-schen Maßstab mithilfe der Hochenergiekugelmühle Simoloyer® für eine spätere industrielle Anwendung. 

 

 

Kugelmühlen induzieren Reaktion

Kugelmühlen dienen allgemein zur Zerkleinerung harter und spröder Materialien oder auch zum mechanischen Legieren. In Planetenkugelmühlen wird das Mahlgut durch Scher- und Reibvorgänge sowie Kollisionen der Mahlkugeln zerkleinert, in Hochenergiekugelmühlen ist der Anteil hochenergetischer Kollisionen durch die hohe Geschwindigkeit der Mahlmittel (Kugeln) noch höher. Diese mechanische Energie kann genutzt werden, um die Aktivierungsenergie für chemische Reaktionen bereitzustellen und so die »Energieschwelle« zu überwinden, die chemische Reaktionen benötigen, um ablaufen zu können

 

 

Simoloyer®-Technologie

Die Zoz GmbH strebt die Anwendung der Ergebnisse an und möchte die Simoloyer®-Technologie für industrielle Prozesse etablieren. Die nachhaltige lösemittelfreie Synthese mit hoher quantitativer Ausbeute und hoher Ressourceneffizienz kann zum einen einen signifikanten Beitrag zum Umweltschutz leisten und zum anderen zu einer Erhöhung der Wirtschaftlichkeit der Prozesse beitragen.

 

 

Modellreaktionen im Simoloyer®

Im Mittelpunkt dieses Projektes standen Untersuchungen zur Durchführung und Maßstabsvergrößerung organisch-chemischer Reaktionen in Kugelmühlen, sowie die Erstellung von Skalierungskriterien für einen Übergang zu Hochenergiekugelmühlen für den Einsatz im Technikum oder für kleine Produktionskampagnen im industriellen Maßstab. Das Upscaling konnte an drei modellhaften Synthesen erfolgreich demonstriert werden. Es zeigte sich, dass die industrielle lösungsmittelfreie Synthese mit der Hochenergiekugelmühle Simoloyer® bei einfacher und mechanistisch korrekter Reaktionsführung und unter Beibehaltung von Ausbeute und Reaktionszeit möglich ist. Im Ergebnis führt die Maßstabsvergrößerung der Modellsynthesen sowohl zu einer Verringerung des kumulierten Energieaufwandes als auch der Umweltauswirkungen. Das eröffnet die Möglichkeit zur umweltschonenden Synthese neuer Produkte und Materialien.

 

 


 

 

Projektthema
Ressourceneffiziente chemische Synthese in Kugelmühlen für lösungsmittelfreie Reaktionen

 

Projektdurchführung
Friedrich-Schiller-Universität Jena
Institut für Technische Chemie und Umweltchemie
07743 Jena
www.ituc.uni-jena.de

 

Kooperationspartner
Zoz GmbH
57482 Wenden
www.zoz.de

TU Braunschweig
Institut für Partikeltechnik
38104 Braunschweig
www.iPAT.tu-bs.de

Fritsch GmbH
55743 Idar-Oberstein
www.fritsch.de

 

Assoziierter Partner
Evonik Industries AG
63457 Hanau
www.evonik.de

 

AZ 29622