Entwicklung einer Methode zur Trennung von Aldosen und Ketosen durch selektive Adsorption

• Antragstellerin: Dr. Irina Delidovich, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Technische Chemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391305926

Heutzutage ist die chemische Industrie von Brennstoffen, z.B. Erdöl, Steinkohle, Erdgas, usw., abhängig, Produkte aus erneuerbaren Rohstoffen finden allerdings zunehmend ihren Weg an den Markt. Ein deutlicher Unterschied der chemischen Zusammensetzung zwischen Naphtha- und Biomasse-basierten Verbindungen führt zu sehr unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften, wie Polarität, Volatilität und Hydrophilie/Hydrophobizität. Deswegen eignen sich konventionelle Trennmethoden, z.B. die Destillation, für Isolierung hochpolarer Biomasse-basierter Verbindungen nicht. Somit können viele neuentwickelte Verfahren im industriellen Maßstab nicht durchgeführt werden, da effiziente Trenntechnologien zur Produktisolation noch nicht ausgearbeitet wurden.Dieses Projekt fokussiert sich auf die Trennung von Aldosen und Ketosen. Aldosen, Sacchariden mit einer Aldehydegruppe, sind leicht aus Biomasse zugänglich. Aldosen können durch biotechnologische bzw. chemo-katalytische Isomerisierung zu Ketosen umgewandelt werden. Die hergestellten Ketosen lassen sich als Süßungsmittel sowie für Kosmetikprodukte und Pharmaka verwenden. Die Isomerisierung von Glukose (Aldose) zu Fruktose (Ketose) stellt ein prominentes Beispiel einer solchen Aldose-Ketose Isomerisierung dar. Da die Ausbeute an Ketose thermodynamisch begrenzt ist, stellen effiziente Trennverfahren eine Schlüsseltechnologie für Isomerisierungsprozesse dar. Die Rückgewinnung von Ketosen aus wässriger Lösung, die eine Gleichgewichtmischung von Aldose und Ketose enthält, stellt eine große Herausforderung dar, da Ketosen temperaturempfindlich und nicht flüchtig sind.Das Projekt zielt auf die Entwicklung einer wirksamen Methode zur Rückgewinnung von Ketose aus wässrigen Aldose-Ketose-Gemischen durch selektive affine Sorption von Ketose an Phenylboronsäuren-basierten Polymeren. Aufgrund einer selektiven und reversiblen Wechselwirkung zwischen Ketose und Polymer findet eine Trennung statt, während Aldose in der Lösung zurückbleibt. Unter sauren Bedingungen lassen sich Ketosen wieder desorbieren. Um die Polymerstruktur zu optimieren, werden die Materialien mit verschiedenen Eigenschaften, wie chemische Struktur der Phenylboronsäure, Borgehalt und Vernetzungsgrad synthetisieren. Der Einfluss der Eigenschaften auf die Sorptionskapazität und Selektivität wird für eine Reihe von Aldose-Ketose-Mischungen, wie Glukose-Fruktose, Laktose-Laktulose, Galaktose-Tagatose, usw. untersucht. Sorptionsversuche werden im Satzbetrieb sowie kontinuierlich durchgeführt. Die langfristige Stabilität von Bor-haltigen Polymeren wird unter Sorptions/Desorptionsbedingungen ermittelt. Schließlich ermöglicht die Untersuchung eine Optimierung der chemischen Struktur der Bor-basierten Polymere sowie der Trennbedingungen, um die Aldose-Ketose-Trennung hochselektiv durchzuführen. Das Projekt liefert damit eine wesentliche Grundlage eines potenziell energieeffizienten und simplen Trennverfahrens für zukünftige Bioraffinerien.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen