C2 Adsorption von organischen Komponenten aus Fluidgemischen auf funktionalisierten mesoporösen Materialen: Experimente und Simulation

Sachbearbeitung:

Isabella Jung, M.Sc., Institut für Thermische Verfahrenstechnik

Betreuung:

Prof. Dr.-Ing. Irina Smirnova, Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c. Stefan Heinrich

 

Zielsetzung:


Ziel dieser Arbeit ist die erstmalige, quantitative Charakterisierung der Oberflächenstruktur von nativen und beschichteten Biopolymeren mittels inverser, überkritischer Fluidchromatographie (SFC) zur Optimierung von Beladungs- und Freisetzungsprozessen sensitiver Stoffe.

  • Herstellung und Analyse von hochporösen Biopolymer-Aerogelpartikeln im Mikrometerbereich.
  • Modifikation der hydrophilen Aerogeloberfläche durch Nachbearbeitung mittels kalter Plasmapolymerisation.
  • Experimentelle Charakterisierung der Biopolymersubstrate durch chromatograpische und thermodynamische Parameter mittels SFC.
    • Ermittlung von Retentionsparametern unterschiedlich polarer Substanzen aus dem Lebensmittel- und Pharamsektor auf den Biopolymer-Aerogelen.

Abbildung 1: Probenpräparation und chromatographische Analyse in der SFC.

  • Modellbasierte Beschreibung der stattfindenden Wechselwirkungen zwischen stationärer Aerogelphase und organischen Substanzen mittels eines semi-empirischen Sorptionsmodells (kurz: LSER-Modell).
    • Interpretation der chemischen Beiträge auf der Aerogeloberfläche.
    • Vorhersage des Adsorptionsverhaltens von noch nicht untersuchten org. Substanzen auf den Biopolymer-Aerogelen.

  • Simulation des Adsorptionsverhalten mittels einem Zellulären Automatenmodells in Kombination mit der Lattice-Boltzmann Theorie.

 

Methoden und Arbeitsprogramm:

  • Herstellung mesoporöser Aerogelpartikel:

 

Abbildung 2: Herstellung der Aerogelsubstrate.

  • Die stationären Phasen aus unterschiedlichen Biopolymerpartikeln werden durch unterschiedliche Herstellungsverfahren realisiert: Gelpartikelherstellung mittels Spray- (Zweistoffdüse) und Nassmahlverfahren (Kolloidmühle).

Abbildung 3: Methoden der Mikropartikelherstellung.

  • Im Anschluss an die Synthese der Biopolymergele erfolgt ein einstufiger Lösungsmittelaustausch mit Ethanol (99.8 %). Die Alkogelpartikel werden danach einer überkritischen Trocknung bei 120 bar und 60 °C in einem Hochdruckautoklaven unterzogen.