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\u00e2\u20ac\u201815% des gesamten US-Energieverbrauchs aus. Von diesen 10-15% entfallen etwa 80% auf thermische Verfahren wie Destillation und Verdampfung. F\u00c3\u00bcr Deutschland kann ein \u00c3\u00a4hnlicher Bedarf angenommen werden. Der hohe Energieverbrauch der thermischen Verfahren h\u00c3\u00a4ngt einerseits mit der weit verbreiteten Nutzung zusammen, andererseits ben\u00c3\u00b6tigen die Verfahren vergleichsweise viel Energie, da f\u00c3\u00bcr die Trennung W\u00c3\u00a4rme ben\u00c3\u00b6tigt wird. Ber\u00c3\u00bccksichtigt man dar\u00c3\u00bcber 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\u00c3\u00b6heren Sauerstoffanteil und sind dadurch polarer als aus fossilen Rohstoffen gewonnene Kohlenwasserstoffe. Diese ver\u00c3\u00a4nderte Zusammensetzung beeinflusst die Stoffeigenschaften. So sind Stoffe, die aus \u00c3\u2013l, 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\u00c3\u00b6nnen. Stoffe, die aus Biomasse gewonnen werden, sind hingegen polarer, haben entweder hohe Siedepunkte oder sind thermisch nicht stabil. Weiterhin werden Reaktionen h\u00c3\u00a4ufig in w\u00c3\u00a4ssriger Phase durchgef\u00c3\u00bchrt. Die Entwicklung alternativer, energie- und materialeffizienter Trennprozesse ist daher entscheidend f\u00c3\u00bcr den Erfolg nachhaltiger Wertsch\u00c3\u00b6pfungsketten.<\/p>\n
Phenylborons\u00c3\u00a4uren weisen Potential f\u00c3\u00bcr die Entwicklung solcher Prozesse auf, da sie reversibel Ester (\u00e2\u20ac\u017eeine Verbindung\u00e2\u20ac\u0153) mit 1,2-Diolen ausbilden k\u00c3\u00b6nnen. 1,2-Diole, wie Monosaccharide und Polyole, sind bereits in einem fr\u00c3\u00bchen Stadium der Biomassewertsch\u00c3\u00b6pfung wichtige Zwischenprodukte und Intermediate.<\/p>\n
Im Rahmen meines Promotionsvorhabens besch\u00c3\u00a4ftige ich mich mit der Abtrennung von 1,2-Diolen, die bei der Verarbeitung von Biomasse gewonnen werden, mittels Adsorption (\u00e2\u20ac\u017eBindung\u00e2\u20ac\u0153) an vernetzte Phenylborons\u00c3\u00a4ure-haltige Polymere. Zu den untersuchten 1,2-Diolen geh\u00c3\u00b6ren 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\u00c3\u00bchrt und auf der Grundlage des Sorptionsverhaltens Struktur-Sorptionsbeziehungen erarbeitet. Weiterhin wurde die effektive Desorption (\u00e2\u20ac\u017edas L\u00c3\u00b6sen\u00e2\u20ac\u0153) des gebundenen Diols von den festen Borons\u00c3\u00a4ure-haltigen Polymeren untersucht. In einem n\u00c3\u00a4chsten Schritt wurde und wird die Abtrennung gel\u00c3\u00b6ster Diole aus realen Reaktionsgemischen betrachtet. Getestet wurde bislang die Fructose-Abtrennung nach Glucose-Fructose-Isomerisierung und die 2,3\u00e2\u20ac\u2018Butandiol-Abtrennung aus einer Fermentationsbr\u00c3\u00bche. Diese L\u00c3\u00b6sungen enthalten neben der gew\u00c3\u00bcnschten 1,2-Diole Nebenprodukte, die die Sorption beeinflussen. Es wurden zudem das Polymerrecycling untersucht sowie verschiedene Charakterisierungs-Methoden mit einem speziellen Fokus auf Festk\u00c3\u00b6rper-NMR zur Analyse der Polymereigenschaften und der Sorptionsprozesse durchgef\u00c3\u00bchrt. Weiterf\u00c3\u00bchrende Studien werden sich neben der Untersuchung weiterer realer Systeme insbesondere mit der Materialoptimierung besch\u00c3\u00a4ftigen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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