In dem von der Technischen Universität Berlin koordinierten Sonderforschungsbereich/Transregio 63 (Sprecher: Prof. Dr.-Ing. M. Kraume, Technische Universität Berlin) wurden an drei Standorten in insgesamt 14 Teilprojekten integrierte chemische Prozesse in flüssigen Mehrphasensystemen untersucht, wie sie z.B. bei der Herstellung von Zwischenprodukten der Kunststoff- und Waschmittelproduktion auftreten. Es wurde nicht allein der katalytische Reaktionsschritt, sondern der gesamte Prozess vom Rohstoff bis zum Reinprodukt behandelt. Ziel war die Konzeption ressourceneffizienter Prozesse bei erheblich verkürzten Entwicklungszeiten. Mit Blick auf diese integrierte Prozessbetrachtung wurden neue Methoden zur zielgerichteten Ermittlung der kinetischen und thermodynamischen Grunddaten, zur optimalen Gestaltung der verfahrenstechnischen Grundoperationen für Reaktion und Stofftrennung sowie zur beschleunigten Prozessentwicklung und -optimierung erarbeitet. Mit den entwickelten Methoden und Werkzeugen sollte das Tor für die technische Realisierung einer neuen Klasse chemischer Produktionsprozesse z.B. auf Basis nachwachsender Rohstoffe geöffnet werden.

*Teilprojekt B6N: Pickering-Emulsionen zum Formulieren und Trennen zweier nicht-mischbarer Systeme für den Rückhalt des Katalysators*

Während stark dispergierte Systeme wie die ebenfalls im SFB untersuchten tensidhaltigen (MLS) und temperaturgesteuerten Mehrkomponentenlösungsmittelgemische (TML) einen guten Reaktionsumsatz zeigten, der Katalysator und/oder die Hilfsstoffe aber relativ schwer abtrennbar waren, zeigten zweiphasige nicht emulgierte Systeme genau das gegenteilige Verhalten: Sie ließen sich zwar gut trennen, wiesen aber aufgrund kleinerer spezifischer Phasengrenzflächen einen geringen Reaktionsumsatz auf. Das Ziel des von Prof. Dr.-Ing. A. Drews (HTW Berlin) und Prof. Regine von Klitzing (Technische Universität Berlin) geleiteten Teilprojektes B6N war es, Emulsionen herzustellen, die sowohl einen guten Umsatz als auch eine gute Abtrennbarkeit des Katalysators aufweisen. In enger Kooperation der Teilprojektleiterinnen an der HTW Berlin und der Technische Universität Berlin wurden schwach dispergierte stabile Emulsionen formuliert und charakterisiert sowie die Möglichkeiten der Abtrennung des so emulgierten Katalysators mittels Ultrafiltration untersucht. Bei den Emulsionen handelte es sich in erster Linie um partikelstabilisierte Emulsionen, sogenannte Pickering-Emulsionen (PE). Die Herausforderung bestand darin, die Belegung der Phasengrenzfläche emulgierter Tröpfchen dahingehend zu kontrollieren, dass einerseits die Zugänglichkeit des Katalysators bzw. der Edukt- und Produkttransfer ermöglicht wurde und andererseits eine genügend hohe Stabilität der Emulsionstropfen sichergestellt war. Ein weiteres wesentliches Ziel war das Verständnis sowie die Entwicklung eines effizienten Prozessschritts zum Rückhalt von Katalysator, Partikeln und wässriger Phase, der die Rückführung des Katalysators in den Reaktionsprozess und die weitere Aufreinigung des Reaktionsgemisches ermöglicht. Während bei MLS der Hauptteil der Mizellen und insbesondere des Katalysators bereits im Settler abgetrennt werden konnte, stellte die Filtration bei PE aufgrund ihrer Stabilität den essenziellen Schritt zur Trennung von disperser und kontinuierlicher Phase und damit zum Rückhalt des Katalysators dar. Des Weiteren verfolgte B6N das Ziel, die bereits in der 1. Förderperiode des SFB begonnene Abtrennung von Tensiden aus der organischen Phase mittels organophiler Nanofiltration (ONF) weiter zu entwickeln. Hier gilt es insbesondere, die Mechanismen der bisher nicht beschriebenen ONF von Tensiden bei Tensidkonzentrationen unterhalb der CMC zu verstehen, zu modellieren sowie einen effizienten Prozessschritt zu entwickeln.

3. Förderperiode (2018-2021): https://www.htw-berlin.de/forschung/online-forschungskatalog/projekte/projekt/?eid=2527

• Prof. Dr.-Ing. habil. Anja Drews (Projektleitung)

• Dipl.-Ing. Tina Skale (Projektmitarbeiter_in)
• Nina Carolin Xander (Projektmitarbeiter_in)

Deutsche Forschungsgemeinschaft e.V. (DFG)

• Technische Universität Berlin (Sprecherhochschule)
• Otto-von-Guericke Universität Magdeburg
• Technische Universität Dortmund

http://www.inprompt.tu-berlin.de/