DE102015003007A1

DE102015003007A1 - Separierung von Silikaten, insbesondere Siliziumdioxid (SiO2) aus pflanzlichen Materialien

Info

Publication number: DE102015003007A1
Application number: DE102015003007.8A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Noeske Robert Dr De
Priority date: 2015-03-04
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2016-09-08

Abstract

Die Erfindung ist ein Verfahren zur Separierung von Silicaten, insbesondere SiO2, aus pflanzlichen Materialien durch nasschemische Behandlung des Pflanzenmaterials zur Entfernung der Alkali- und Erdalkalimetalle und anschließendem Verbrennen zur Entfernung der organischen Verbindungen. Durch die nasschemische Behandlung werden die im Gewebe der Pflanze eingebauten Alkali- und Erdalkalimetalle durch chemische Reaktion mit der Säure oder der Base herausgelöst. Um die Reaktion zu beschleunigen, kann sich ein Erwärmen der Mischung als vorteilhaft erweisen. Der vollständige Abbau der organischen Verbindungen und besonders auch der Abbau von Lignin, einer komplexen organischen Verbindungen in verholzten Zellwänden von Pflanzen, erfolgt durch die anschließende thermische Behandlung, das Verbrennen. Das Verfahren – nasschemische Behandlung mit anschließendem Verbrennen – kann auch zur Separierung von Mineralien aus pflanzlichen Stoffen, die keine Silikate sind, eingesetzt werden. Entsprechend den Arten der zu separierenden Mineralien und den Mengengehalten dieser Mineralien, müssen die nasschemische Behandlung sowie Dauer und Temperatur der Verbrennung an das pflanzliche Material angepasst werden. Das gilt gleichermaßen für unterschiedliche Silicatanteile in verschiedenen pflanzlichen Materialien.

Description

Aufgabenstellung (technisches Gebiet)
Die Forderung nach Ressourceneffizienz und Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen erfordert permanente Bemühungen zur Gewinnung von einzelnen pflanzlichen Bestandteilen für eine industrielle Nutzung.
Dieser Forderung wird die Gewinnung von Silikaten, insbesondere von hochreinem Siliziumdioxid (SiO₂), aus pflanzlichen Materialien gerecht.
Stand der Technik
Seit einigen Jahren werden Nanopartikel von Silikaten und auch von Siliziumdioxid (SiO₂) zur Verbesserung der Eigenschaften oder der Erzielung neuer Merkmale in unterschiedliche Materialien eingebracht. Diese Nanopartikel werden über verschiedene Verfahren aus Silikaten hergestellt, die als Ausgangsmaterial rein mineralisch vorkommendes Siliziumdioxyd in seinen unterschiedlichen Verbindungen nutzen. Eine Gewinnung der Silikate aus Pflanzen zur industriellen Nutzung wurde bisher nicht vorgenommen.
Darstellung der Erfindung
Die Erfindung ist ein Verfahren zur Separierung von Silicaten, insbesondere SiO₂, aus pflanzlichen Materialien durch nasschemische Behandlung des Pflanzenmaterials zur Entfernung der Alkali- und Erdalkalimetalle und anschließendem Verbrennen zur Entfernung der organischen Verbindungen.
Silikate und damit auch Siliziumdioxid (SiO₂) werden von vielen Pflanzen aufgenommen und in ihren Organismus eingebaut. Sie werden Bestandteil der Pflanzen.
Diese Silikate, so auch das SiO₂, werden durch die nasschemische Behandlung des pflanzlichen Materials mit Basen oder Säuren und einer anschließender thermischen Behandlung (Verbrennung) aus den Pflanzen separiert. Durch die nasschemische Behandlung werden die im Gewebe der Pflanze eingebauten Alkali- und Erdalkalimetalle durch die chemische Reaktion mit der Säure oder der Base herausgelöst. Um die Reaktion zu beschleunigen, kann sich ein Erwärmen der Mischung, Pflanzenmaterial mit Säure oder Base, als vorteilhaft erweisen. Da die Konzentration der Säure oder der Base im Vergleich zu Verfahren, mit denen niedermolekularen organischen Bestandteile gewonnen werden, gering ist, werden die Zellulosen und Hemizellulosen, an die die Mineralien gebunden waren, nur teilweise abgebaut. Der vollständige Abbau der organischen Verbindungen und besonders auch der Abbau von Lignin, einer komplexen organischen Verbindungen in verholzten Zellwänden von Pflanzen, erfolgt durch die anschließende thermische Behandlung, das Verbrennen.
Das Verfahren – nasschemische Behandlung mit anschließendem Verbrennen – kann auch zur Separierung von Mineralien aus pflanzlichen Stoffen, die keine Silikate sind, eingesetzt werden. Entsprechend den Arten der zu separierenden Mineralien und den Mengengehalten dieser Mineralien, müssen die nasschemische Behandlung sowie Dauer und Temperatur der Verbrennung an das pflanzliche Material angepasst werden. Das gilt gleichermaßen für unterschiedliche Silicatanteile in verschiedenen pflanzlichen Materialien. Auch hier kann sich sowohl eine Änderung der für die nasschemische Behandlung eingesetzten Chemikalien, als auch eine Anpassung von Temperatur und Zeit bei der Verbrennung als notwendig erweisen.
Ausführungsbeispiel
Ein Kilogramm trockene Reisspelzen von Trockenreis aus dem Maggia-Delta in der Schweiz wird mit einer Menge 10%iger HCl soweit gemischt bis die Spelzen ringsum mit der Säure umgeben sind. Diese Mischung wird auf 100°C erwärmt und so die Alkali- und Erdalkalimetalle aus den Reisspelzen gelöst. Anschließend werden die Spelzen getrocknet und bei einer Temperatur von 750°C verbrannt. Es entsteht ein mindestens 99,8% reines SiO₂.
Gewerbliche Anwendung
Das Separieren von in Pflanzen enthaltenen Silikaten, besonders von SiO₂, mit nasschemischen Verfahren und anschließender Verbrennung ermöglicht es erstmalig, diesen pflanzlichen Inhaltsstoff einer industriellen Nutzung zuzuführen. Durch die Verfahrensschritte, nasschemischer Aufschluss mit anschließender Verbrennung, werden, gegenüber herkömmlichen Verfahren, Energie und Chemikalien eingespart. Durch diese ökonomische Herstellung wird ein konkurrenzfähiger Marktpreis gesichert.

Claims

Separierung von Silikaten, insbesondere SiO₂, aus trockenen oder feuchten pflanzlichen Materialien durch nasschemische Behandlung und anschließende Verbrennung
Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass dem pflanzlichen Material eine Säure oder Base in Konzentrationen, die auf das Material abgestimmt ist, zugeführt wird bis die einzelnen Teile des pflanzlichen Materials ringsum von der Flüssigkeit umgeben sind und so eine Mischung aus pflanzlichem Material und Säure oder Base entsteht.
Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die hergestellte Mischung erwärmt wird und so die vorhandenen Alkali- und Erdalkalimetalle gelöst werden und damit eine weitestgehend mineralienfreie Mischung entsteht.
Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die erwärmte Mischung abgekühlt und das Material anschließend getrocknet wird und so ein trockenes pflanzliches Material ohne einen nennenswerten Mineraliengehalt, Gehalt an Alkali- und Erdalkalimetallen, entsteht.
Anspruch 3 und 4 dadurch gekennzeichnet, dass ein Erwärmen und auch ein Trocknen nicht in jedem Fall notwendig sind und dennoch pflanzliches Material ohne einen nennenswerten Mineraliengehalt, Gehalt an Alkali- und Erdalkalimetallen, entsteht.
Anspruch 4 und 5 dadurch gekennzeichnet, dass das pflanzliche Material bei Temperaturen zwischen 400 und 900°C verbrannt wird.
Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verbrennen ein aus dem pflanzlichen Material separiertes Silikat, insbesondere SiO₂, mit hoher Reinheit vorliegt.