Extraction Fundamentals

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Die zunehmende Nutzung biobasierter Rohstoffe sowie die Implementierung von Recyclingverfahren im Rahmen der Kreislaufwirtschaft stellen die Trenntechnik vor neue Herausforderungen. Das Recycling von Reststoffströmen setzt eine hohe Robustheit und Selektivität der Trennverfahren bei niedrigen Produktionskosten voraus. Produkte aus biotechnologischen Synthesen sind außerdem oft temperaturempfindlich, haben hohe Siedepunkte oder liegen in niedrigen Konzentrationen vor.

Eine Möglichkeit zur selektiven und produktschonenden Aufarbeitung ist die Flüssig-flüssig-Extraktion. Bei diesem Verfahren handelt es sich um ein Niedrig-Energie-Trennverfahren, bei dem im Vergleich zu konventionellen Trennoperationen wie z.B. der Rektifikation, Energieverbrauch und CO2‑Ausstoß reduziert werden können. Ferner kann dieses Trennverfahren im Rahmen einer in‑situ Produktabtrennung auch direkt an eine Reaktion gekoppelt werden, sodass Ausbeute und Selektivität der Reaktion positiv beeinflusst werden. Jedoch sind die Auswirkungen von biotechnologischen Begleitkomponenten sowie Nebenkomponenten in den Recyclingströmen (Salze, Proteine, Partikel) auf die Extraktion bisher nur unzureichend untersucht. Eine weitere Herausforderung ist der Transfer von Erkenntnissen im Bereich Fluiddynamik und Stofftransport aus dem Labor in den technischen Maßstab.

Ziel unseres Teams „Extraction Fundamentals“ ist es daher, die grundlegenden Phänomene und Einflussfaktoren in zweiphasigen dispersen Flüssig-flüssig Systemen zu verstehen, modellbasiert abzubilden und auf komplexe Stoffsysteme zu übertragen. Ferner bringen wir auf Basis der grundlegenden Extraktionsphänomene Verfahren in einen technischen Maßstab, um Skalierungseffekte zu verstehen und die Brücke zur Anwendung zu schlagen.

Dazu charakterisieren wir zum einen in speziellen Versuchsständen Stofftransport sowie Dispergier-, Koaleszenz- und Phasentrennverhalten und entwickeln dafür Mess- und Auswertungsmethoden. Zum anderen forschen wir an Extraktionsverfahren welche für Biotechnologische Verfahren und Kreislaufwirtschaft relevant sind. Beispielsweise arbeiten wir an der Reaktivextraktion zur Aufarbeitung biotechnologisch produzierter organischer Säuren oder an der Rückgewinnung Seltener Erden. Diese Systeme werden mit Hilfe von statistischen Methoden (z.B. Design of Experiments) untersucht und mit Modellen beschrieben.

Durch dieses tiefergehende Verständnis der physikalischen und phänomenologischen Zusammenhänge, können maßgeschneiderte Extraktionsverfahren für individuelle Fragestellungen der Biotechnologie und des Recyclings entwickelt werden. Gleichzeitig ermöglicht dies auch die Entwicklung neuer Verfahren zur Prozessintensivierung (z.B. in-situ Extraktion, Zentrifugal-Extraktion und Mikrogel-gestützte Extraktion) und zur Vermeidung von Nebenströmen (z.B. elektrochemisch induzierte Extraktion).

Aktuelle Forschungsschwerpunkte sind:

  • Reaktivextraktion
  • Dispergier- & Phasentrennverhalten
  • Elektrochemisch induzierte Extraktion
  • Mikrogel-gestützte Extraktion
  • Zentrifugal-Extraktion
  • Direkte Produktabtrennung durch Extraktion (in‑situ Extraktion)

In den genannten Bereichen sind regelmäßig experimentelle und simulative Studien- und Abschlussarbeiten zu vergeben. Wenden Sie sich dafür bitte an den Ansprechpartner oder schauen Sie sich gerne hier bei den ausgeschriebenen Arbeiten an der AVT.FVT um.