Mikrokontaktor für Extraktion und Permeation

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Hans-Jörg Bart
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 251320046

Das Ziel dieses Projektes ist die experimentelle und theoretische Untersuchung reaktiver Stofftransportsysteme in einem dispersionsfreien, mikrostrukturierten Gegenstromkontaktor. Hierbei ist es möglich, Kinetikuntersuchungen mittels kleinster Probevolumen durchzuführen und einzelne diffusive und/oder reaktive Stofftransportwiderstände in einem wohldefinierten Untersuchungsraum (d.h. Geometrie, Strömung, etc.) zu quantifizieren. Nach der Konstruktion, Evaluierung der hydrodynamischen Limits und Modellierung des reaktiven Stofftransportes anhand des standardisierten EFCE Testsystems (Zink/Di-(2-ethylhexyl)phosphorsäure) im Erstantrag werden nun zwei Modellsubstanzen, wie Germanium (als Gewürzmetall) und Mandelsäure (als chirale Testsubstanz), verwendet, um die erarbeitete Methodik in zwei technisch relevanten Anwendungsbereichen, wie Hydrometallurgie und Pharmazie, zu validieren. Dies erfolgt für die klassische Reaktivextraktion und die Flüssigmembran-Permeation (FMP), wo grundlegende Erkenntnisse zum reaktiven Stofftransport nur lückenhaft vorhanden sind. Beispielhaft ermöglicht die mikrostrukturierte Bauweise die Implementierung eines on-Line Sensors (hier ein konfokales Raman- Mikroskop) zur nicht-invasiven online-Analytik der Extraktionskinetik. Mittels einer automatischer Verschiebeeinheit kann der gesamte Mikrokanal im ¿m-Bereich in allen drei Raumrichtungen abgerastert werden, um lokale Konzentrationsprofile zu erstellen. Zusätzlich sind quantitative und strukturchemische Analysen hiermit auch in wässrigen Systemen möglich. Beide Modellsubstanzen sind im Vergleich zum Testsystem Zink diametral aufgestellt (zunehmender Einfluss von Reaktion bzw. Diffusion) und eignen sich daher hervorragend zur Methodenentwicklung. Basierend auf diesen Beispielsystemen sollen Anwender in die Lage versetzt werden in einer frühen Prozessphase eine Prozessentwicklung (für einen bestimmten Wertstoff) und Technologieabschätzung (Extraktion oder Permeation) schnell und zuverlässig durchführen zu können. Durch die Erprobung der kontinuierlichen Betriebsweise wird eine Auslegungsbasis geschaffen (miniaturisierte Bauweise, dispersionsfreier Betrieb), welche durch Numbering-up zu höheren Durchsätzen bei geringem Gefährdungspotential führt (übliche sicherheitskritische Elektospaltung der Emulsion bei der FMP entfällt).

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen