Energieeffiziente Gewinnung von biomassebasierten polaren Verbindungen aus Wasser durch Adsorption<\/p>\n
Separations- und Reinigungsprozesse spielen eine zentrale Rolle in der chemischen Industrie. Am Beispiel der USA machen Trennungs- und Reinigungsprozesse etwa 10\u201115% des gesamten US-Energieverbrauchs aus. Von diesen 10-15% entfallen etwa 80% auf thermische Verfahren wie Destillation und Verdampfung. F\u00fcr Deutschland kann ein \u00e4hnlicher Bedarf angenommen werden. Der hohe Energieverbrauch der thermischen Verfahren h\u00e4ngt einerseits mit der weit verbreiteten Nutzung zusammen, andererseits ben\u00f6tigen die Verfahren vergleichsweise viel Energie, da f\u00fcr die Trennung W\u00e4rme ben\u00f6tigt wird. Ber\u00fccksichtigt man dar\u00fcber hinaus den notwendigen Wechsel von fossilen zu erneuerbaren Rohstoffen weisen energie-intensive, konventionelle Methoden einen weiteren Nachteil auf. Stoffe, welche aus erneuerbaren Rohstoffen wie Biomasse gewonnen werden, besitzen generell einen h\u00f6heren Sauerstoffanteil und sind dadurch polarer als aus fossilen Rohstoffen gewonnene Kohlenwasserstoffe. Diese ver\u00e4nderte Zusammensetzung beeinflusst die Stoffeigenschaften. So sind Stoffe, die aus \u00d6l, Kohle und Gas gewonnen werden, in der Regel unpolar und haben niedrige Siedepunkte, weshalb sie mittels thermischer Verfahren vergleichsweise einfach auf- und abgetrennt werden k\u00f6nnen. Stoffe, die aus Biomasse gewonnen werden, sind hingegen polarer, haben entweder hohe Siedepunkte oder sind thermisch nicht stabil. Weiterhin werden Reaktionen h\u00e4ufig in w\u00e4ssriger Phase durchgef\u00fchrt. Die Entwicklung alternativer, energie- und materialeffizienter Trennprozesse ist daher entscheidend f\u00fcr den Erfolg nachhaltiger Wertsch\u00f6pfungsketten.<\/p>\n
Phenylborons\u00e4uren weisen Potential f\u00fcr die Entwicklung solcher Prozesse auf, da sie reversibel Ester (\u201eeine Verbindung\u201c) mit 1,2-Diolen ausbilden k\u00f6nnen. 1,2-Diole, wie Monosaccharide und Polyole, sind bereits in einem fr\u00fchen Stadium der Biomassewertsch\u00f6pfung wichtige Zwischenprodukte und Intermediate.<\/p>\n
Im Rahmen meines Promotionsvorhabens besch\u00e4ftige ich mich mit der Abtrennung von 1,2-Diolen, die bei der Verarbeitung von Biomasse gewonnen werden, mittels Adsorption (\u201eBindung\u201c) an vernetzte Phenylborons\u00e4ure-haltige Polymere. Zu den untersuchten 1,2-Diolen geh\u00f6ren verschiedene kurzkettige Diole, wie Ethylenglykol und 2,3-Butandiol, Polyole, wie Xylitol und Sorbitol, aber auch Monosaccharide, wie Fruktose, Xylose und Arabinose. Insgesamt wurden bislang Adsorptionstests mit 23 verschiedenen Diolen durchgef\u00fchrt und auf der Grundlage des Sorptionsverhaltens Struktur-Sorptionsbeziehungen erarbeitet. Weiterhin wurde die effektive Desorption (\u201edas L\u00f6sen\u201c) des gebundenen Diols von den festen Borons\u00e4ure-haltigen Polymeren untersucht. In einem n\u00e4chsten Schritt wurde und wird die Abtrennung gel\u00f6ster Diole aus realen Reaktionsgemischen betrachtet. Getestet wurde bislang die Fructose-Abtrennung nach Glucose-Fructose-Isomerisierung und die 2,3\u2011Butandiol-Abtrennung aus einer Fermentationsbr\u00fche. Diese L\u00f6sungen enthalten neben der gew\u00fcnschten 1,2-Diole Nebenprodukte, die die Sorption beeinflussen. Es wurden zudem das Polymerrecycling untersucht sowie verschiedene Charakterisierungs-Methoden mit einem speziellen Fokus auf Festk\u00f6rper-NMR zur Analyse der Polymereigenschaften und der Sorptionsprozesse durchgef\u00fchrt. Weiterf\u00fchrende Studien werden sich neben der Untersuchung weiterer realer Systeme insbesondere mit der Materialoptimierung besch\u00e4ftigen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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