ISBN 978-3-8439-0556-5

978-3-8439-0556-5, Reihe Technische Chemie

Ekkehard Barth
Entwicklung und Charakterisierung von enzymatischen permselektiven Mikrokapseln aus Alginat

188 Seiten, Dissertation Technische Universität Dortmund (2012), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

In der chemischen Industrie ist das Immobilisieren oder das Heterogenisieren einer aktiven homogenen Komponente eine gängige Methode, um die Abtrennbarkeit bzw. Handhabbarkeit der Katalysatoren zu vereinfachen. Bei den herkömmlich eingesetzten Trägermaterialien für Festbett bzw. Partikelkatalysatoren ist die Hemmung des Stofftransportes durch die Diffusion oft ein limitierender Faktor, so dass nur ein Teil der aktiven inneren Oberfläche genutzt werden kann. Ungünstige Konzentrationsprofile im Träger können sich ebenfalls umsatzmindernd auswirken. Vergleichbar verhält es sich bei den meisten Enzymimmobilisierungstechniken. Eine interessante Alternative zu den klassischen Enzym-Membranreaktoren verspricht das Konzept der Mikroverkapselung von Enzymen, welche analog zu den zeolithischen Katalysatoren, von einer permselektiven Hülle umgeben sind. Die Membran stellt dabei die hauptsächliche Transportbarriere dar, während im Inneren nahezu freie Diffusion stattfindet. Mit dieser Vorgehensweise kann eine höhere Effizienz in der Nutzung der aktiven Oberfläche erzielt werden, so dass der Umsatz bezogen auf die eingesetzte katalytisch aktive Substanzmenge steigt. Zum anderen stellt die Methodik ein Hilfsmittel dar, mikroskopisch kleine Katalysatoren besser zu heterogenisieren und unerwünschte Einflüsse der Bindematrix wie Desaktivierung oder Fremdkatalyse zu vermeiden. Über die Einstellung der Membraneigenschaften lässt sich darüber hinaus die Zugänglichkeit des Katalysators gezielt steuern, um die Selektivität der Umsetzung systematisch zu verbessern.

Im Zuge der dargestellten Arbeit werden, die Einsatzmöglichkeiten enzymatischer Mikromembranreaktoren mit permselektiven Hüllen experimentell und theoretisch untersucht und anhand eines Testsystems bestehend aus dem hydrolisierbaren Enzym Dextranase und dem permselektiven Membranmaterial Alginat evaluiert. Mittels einer luftunterstützten konzentrischen Doppeldüse werden hierzu unterschiedliche hohle und feste kugelförmige Mikrokapseln, die das Enzym enthalten, hergestellt. Der Aufbau der Alginatmembran wird hinsichtlich ihrer zwei konstituierenden Monomere ß-D-Mannuronsäure und α-L-Guluronsäure, der Zusammensetzung der Gelierlösung aus Erdalkalisalzen und den Zusätzen, wie Silikate, variiert. Die so erzeugten Mikrokugeln und Mikrokapseln werden in Bezug auf die physikalischen Eigenschaften, ihrer Permeabilität bezüglich der Reaktionskomponenten, des Enzymverlustes und ihrer katalytischen Aktivität charakterisiert.