DE102013107279B4 - Verfahren zur Trennung von Naturkautschuk-Material aus Wurzelmaterial von Löwenzahn - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Trennung von Naturkautschuk-Material aus Wurzelmaterial von Löwenzahn mit folgenden Schritten:a) Vorbehandlung des Wurzelmaterials mit einem biologischen Zersetzungsprozess, wobei das Wurzelmaterial mit einem Pilz in Form von Braunfäule behandelt wird,b) Zersetzen der Biomasse des Wurzelmaterials mit der Braunfäule über einen vorgegebenen Zeitabschnitt,c) Weiterbehandlung des vorbehandelten Wurzelmaterials mit einem mechanischen Zerkleinerungsprozess,wobei das Wurzelmaterial zerkleinert und der Naturkautschuk freigesetzt wird,d) Agglomeration der Naturkautschukpartikel,e) Trennung der in Lösung befindlichen Biomasse von den Naturkautschuk-Agglomeratenf) Isolierung des übrigen Naturkautschuk-Materials von der abgetrennten Biomasse mit einem weiteren Trennungsverfahren.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung von Naturkautschuk-Material aus Wurzelmaterial von Löwenzahn.
- Derzeit ist die einzige ertragsreiche Quelle für Naturkautschuk der Saft des Hevea Brasiliensis, der ausschließlich in den Subtropen in einem Gebiet von jeweils 15 Grad nördlich und südlich des Äquators angebaut werden kann. Aufgrund seiner besonderen Eigenschaften wie beispielsweise einer hohen Reißfestigkeit kann Naturkautschuk nicht vollständig durch synthetischen Kautschuk ersetzt werden.
- Eine mögliche Alternative zum Hevea Brasiliensis ist der sogenannte russische Löwenzahn (Taraxacum kok-saghyz), der im Gegensatz zum Kautschukbaum im gemäßigten Klima angebaut werden kann.
- Derzeit wird aus Löwenzahn gewonnener Naturkautschuk nicht kommerziell vertrieben. Gewinnungsverfahren, die im großen industriellen Maßstab angewendet werden, sind nicht bekannt.
- Ein Verfahren zum Gewinnen von Naturkautschuk aus Löwenzahn ist aus der
US 2011/0275142 A1 bekannt. Das Verfahren sieht ein Trennen der Wurzeln von den Blättern des geernteten Löwenzahns vor. Die Wurzeln werden gereinigt, getrocknet und mechanisch zerkleinert bevor sie in einen Extruder transportiert werden. Im Extruder wird mit heißem Wasser Inulin aus dem Wurzelmaterial gelöst. Das Inulin wird gefiltert und getrocknet. Die im Wasser verbleibenden Bestandteile der Wurzel werden vom Extruder in einen Wassertank befördert, in dem sie mittels industriell hergestellten Cellulasen und Xylanasen zersetzt werden. Koagulierter Kautschuk wird aus dem Wassertank gefördert, gereinigt, getrocknet und zu Blöcken verpresst. - Aus der Druckschrift Van Beilen, Jan B.; Poirier, Yves: Guayule and russian dandelion as alternative sources of natural rubber. In: Critical Reviews in Biotechnology, Vol. 27, 2007, No. 4, S. 217-231. - 0738-8551 ist ein Verfahren zum Gewinnen von Naturkautschuk aus Löwenzahn bekannt. Das Verfahren sieht ein Trocknen der Wurzeln vor, soweit die Wurzeln nicht unmittelbar verarbeitet werden. Die Verarbeitung beginnt mit dem herauslösen von Inulin mittels heißem Wasser, wodurch auch das weitere Wurzelmaterial aufgeweicht wird und der Kautschuk koaguliert. Das Wurzelmaterial wird mittels Mahlen zerkleinert, wobei die Kautschukfilamente zusammengerollt werden, so dass sie folgend mittels einer Vibrationsplatte separiert werden können.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem der Naturkautschuk mit einer hohen Effektivität aus dem russischen Löwenzahn abgetrennt werden kann.
- Gelöst wird die Aufgabe gemäß Anspruchs 1 mit einem Verfahren mit folgenden Schritten:
- a) Vorbehandlung des Wurzelmaterials mit einem biologischen Zersetzungsprozess, wobei das Wurzelmaterial mit einem Pilz in Form von Braunfäule behandelt wird,
- b) Zersetzen der Biomasse des Wurzelmaterials mit der Braunfäule über einen vorgegebenen Zeitabschnitt,
- c) Weiterbehandlung des vorbehandelten Wurzelmaterials in einem mechanischen Zerkleinerungsprozess, wobei das Wurzelmaterial zerkleinert und der Naturkautschuk freigesetzt wird,
- d) Agglomeration der Naturkautschukpartikel,
- e) Trennung der in Lösung befindlichen Biomasse von den Naturkautschuk-Agglomeraten
- f) Isolierung des übrigen Naturkautschuk-Materials von der abgetrennten Biomasse mit einem weiteren Trennungsverfahren.
- Ein Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass durch das Verfahren der Naturkautschuk mit einer hohen Effektivität aus dem russischen Löwenzahn abgetrennt werden kann. Die Biomasse des Wurzelmaterials lässt sich mit der Braunfäule effektiv zersetzen. Dadurch muss bei dem nachfolgenden Trennungsschritt nur noch der restliche Teil der Biomasse über ein mechanisches Zerkleinerungs- und anschließendes Trennverfahren abgetrennt werden. Die Braunfäule zersetzt lediglich die Biomasse des Wurzelmaterials und greift nicht den Naturkautschuk an, wie experimentelle Untersuchungen gezeigt haben.
- In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Schritt b) bis zu 80 Gewichtsprozent der Biomasse des Wurzelmaterials zersetzt werden.
- Dadurch muss nur noch ein kleiner Teil der übriggebliebenen Biomasse mit einem nachfolgenden Trennverfahren vom Naturkautschuk abgetrennt werden.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schritte a) und b) in einem Bioreaktor erfolgen.
- Bei einem solchen Bioreaktor kann es sich beispielsweise um Silos handeln, in denen die frisch geernteten Wurzeln eingelagert und mit Sporen der Braunfäule infiziert werden. Der Einsatz von Bioreaktoren hat den Vorteil, dass der Zersetzungsprozess beschleunigt werden kann.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Schritt c) der mechanische Zerkleinerungsprozess mit einer rotierenden Mahlkörpermühle erfolgt. Mit der Mahlkörpermühle lassen sich die Wurzeln mit einer hohen Effektivität zerkleinern.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Schritt c) der mechanische Zerkleinerungsprozess mit einer Walzenmühle, Planetenmühle, Prallmühle oder Schneidmühle erfolgt.
- Mit diesem mechanischen Trennverfahren lassen sich die Wurzeln mit einer hohen Effektivität zerkleinern.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Schritt c) der mechanische Zerkleinerungsprozess mit einem Planentenwalzen- oder Doppelschnecken-Extruder erfolgt.
- Mit einem Extruder lässt sich der mechanische Zerkleinerungsprozess mittels eines kontinuierlichen Verfahrens durchführen.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Schritt f) der Trennprozess mit einem Siebverfahren erfolgt.
- Dadurch lässt sich der Trennprozess zur Isolierung des Naturkautschuks mit einer hohen Geschwindigkeit durchführen.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Schritt f) der Trennprozess mit einem Filtrations-Verfahren erfolgt.
- Das Filtrations-Verfahren zeigt sich durch eine hohe Prozessgeschwindigkeit aus.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Schritt f) der Trennprozess mit einem Windsicht-Verfahren, einem Nassstromklassieren, einem Flotations-Verfahren oder einem Sedimentations-Verfahren erfolgt.
- Diese Trennverfahren zeichnen sich durch eine hohe Trennqualität aus.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Schritt c) der mechanische Zerkleinerungsprozess mit einer rotierenden Mahlkörpermühle erfolgt und nachfolgend bei Schritt f) der Trennprozess mit einem Flotations-Verfahren erfolgt. Bei dieser Abfolge von Verfahren lässt sich der Naturkautschuk mit einer hohen Effektivität aus dem Wurzelmaterial abtrennen.
- Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden.
- Die Vorbehandlung des Wurzelmaterials erfolgt mit einem sogenannten biologischen Verfahren, bei dem die frisch geernteten Wurzeln in Silos eingelagert und mit Sporen der Braunfäule infiziert werden. Da es sich bei den Pilzen um aerobe Organismen handelt, muss in dem Silo eine stetige Sauerstoffzufuhr gewährleitet werden. Außerdem ist auf die Temperatur und die Feuchtigkeit der Wurzeln zu achten, da sie Einflussfaktoren für das Wachstum der Braunfäule sind. Optimale Bedingungen für die Braunfäule liegen je nach Spezies beispielsweise bei einer Temperatur zwischen 22 bis 26° C und einem Feuchtegehalt der Wurzeln von ca. 60 %. Bei einer Unterschreitung der pilzspezifischen Feuchte fallen die Pilze in eine sog. Trockenstarre, bei der ihre Stoffwechseltätigkeit auf ein Minimum zurückgefahren wird. Nachdem die Biomasse der vorbehandelten Wurzeln zu einem Großteil durch die Braunfäule zersetzt worden ist, erfolgt eine Trennung des Naturkautschuks von der restlichen Biomasse mit einem mechanischen Trennverfahren bzw. Zerkleinerungsprozess. Das durch die Braunfäule zersetzte Wurzelmaterial wird beispielsweise in eine Mahlkörpermühle gegeben. Mit der Mahlkörpermühle erfolgt eine Zerkleinerung des Wurzelmaterials, wobei insbesondere Naturkautschuk-Agglomerate gebildet werden, die nach dem Mahlvorgang der Mahlkörpermühle entnommen werden. Die Kautschuk-Agglomerate können direkt aus der Kugelmühle entnommen und durch Waschen und Trocknen nachbearbeitet werden. Die in der Mahlkörpermühle entstandene flüssige Bagasse wird einem Flotationstank zugeführt. Das Flotieren führt durch anhaftende Gasblasen zum Aufsteigen des Naturkautschuks. Anschließend lässt sich der Naturkautschuk von der Wasseroberfläche des Flotationstanks abtragen und ebenfalls der Nachbearbeitung zuführen.
Claims (10)
- Verfahren zur Trennung von Naturkautschuk-Material aus Wurzelmaterial von Löwenzahn mit folgenden Schritten: a) Vorbehandlung des Wurzelmaterials mit einem biologischen Zersetzungsprozess, wobei das Wurzelmaterial mit einem Pilz in Form von Braunfäule behandelt wird, b) Zersetzen der Biomasse des Wurzelmaterials mit der Braunfäule über einen vorgegebenen Zeitabschnitt, c) Weiterbehandlung des vorbehandelten Wurzelmaterials mit einem mechanischen Zerkleinerungsprozess, wobei das Wurzelmaterial zerkleinert und der Naturkautschuk freigesetzt wird, d) Agglomeration der Naturkautschukpartikel, e) Trennung der in Lösung befindlichen Biomasse von den Naturkautschuk-Agglomeraten f) Isolierung des übrigen Naturkautschuk-Materials von der abgetrennten Biomasse mit einem weiteren Trennungsverfahren.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei Schritt b) die Biomasse des Wurzelmaterials bis zu 80 Gewichtsprozent zersetzt wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) und b) in einem Bioreaktor erfolgen.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Schritt c) der mechanische Zerkleinerungsprozess mit einer rotierenden Mahlkörpermühle erfolgt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Schritt c) der mechanische Zerkleinerungsprozess mit einer Walzenmühle, Planetenmühle, Prallmühle oder Schneidmühle erfolgt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Schritt c) der mechanische Zerkleinerungsprozess mit einem Planentenwalzen- oder Doppelschnecken-Extruder erfolgt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Schritt f) der Trennprozess mit einem Siebverfahren erfolgt.
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- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Schritt c) der mechanische Zerkleinerungsprozess mit einer rotierenden Mahlkörpermühle erfolgt und nachfolgend bei Schritt f) der Trennprozess mit einem Flotations-Verfahren erfolgt.
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| Van Beilen, Jan B.; Poirier, Yves: Guayule and russian dandelion as alternative sources of natural rubber. In: Critical Reviews in Biotechnology, Vol. 27, 2007, No. 4, S. 217-231. - 0738-8551 |
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