DE102018123105A1

DE102018123105A1 - Verfahren zur Herstellung biokompatibler Adsorptionsmittel, biokompatible Adsorptionsmittel und deren Verwendung

Info

Publication number: DE102018123105A1
Application number: DE102018123105.9A
Authority: DE
Inventors: Simona Schwarz; Dana Schwarz; Andreas Heppe
Original assignee: Leibniz Institut fuer Polymerforschung Dresden eV
Current assignee: Leibniz Institut fuer Polymerforschung Dresden eV
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2020-03-26

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Gebiete der Abwasserbehandlung, Lebensmittelindustrie und chemischen Verfahrenstechnik und betrifft ein Verfahren zur Herstellung biokompatibler Adsorptionsmittel auf der Basis von Hefezellen sowie biokompatible Adsorptionsmittel, mit denen beispielsweise einfach und effektiv Schadstoffe aus Flüssigkeiten absorbiert und entfernt werden können.Nachteilig ist, dass bisher die Abtrennung von Schwermetallionen in Flüssigkeiten nicht effektiv genug und nicht mit ausreichender Ausbeute im industriellen Maßstab realisierbar ist. Zudem ist nachteilig, dass bekannte Adsorptionsmittel toxisch oder nicht biologisch abbaubar sind.Beim Verfahren zur Herstellung biokompatibler Adsorptionsmittel werden anionisch geladene Hefezellen als Suspension bereitgestellt, wobei die Hefezellen mindestens in ihren Zellwänden anionisch geladene Glucan-Chitin-Komplexe aufweisen, nachfolgend der Suspension eine alkalische Lösung bei einer Temperatur zwischen 1 °C bis 50 °C zugegeben, wobei die anionisch geladenen Glucan-Chitin-Komplexe kationisiert und dabei positiv geladene Hefezellen mit mindestens in den Zellwänden vorhandenen Glucan-Chitin-Chitosan-Komplexen hergestellt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Gebiete der Abwasserbehandlung, der Lebensmittelindustrie und der chemischen Verfahrenstechnik und betrifft ein Verfahren zur Herstellung biokompatibler Adsorptionsmittel auf der Basis von Hefezellen sowie biokompatible Adsorptionsmittel. Die hergestellten Adsorptionsmittel können beispielsweise zur Abtrennung von Schwermetallionen aus Trink- oder Brauchwässern sowie deren gleichzeitige Entfernung mit den dazugehörigen Anionen oder auch als Flockungs- oder Verdickungsmittel für Lebensmittel eingesetzt und verwendet werden.
Stand der Technik
Die Abtrennung von Schwermetallionen, die nicht biologisch abbaubar, jedoch toxisch und kanzerogen sind, aber andererseits wertvolle Rohstoffe darstellen, ist sowohl aus ökologischen als auch aus ökonomischen Gründen von Bedeutung. Bisher konzentrierte sich die Forschung auf die Entfernung von Schwermetallionen aus Trink- oder Brauchwässern, meist ohne eine weitere Verwertung der abgetrennten Metalle, da die vorliegenden Konzentrationen sehr gering waren. In neuerer Zeit, bei wachsendem Verbrauch und steigenden Weltmarktpreisen der Schwermetalle und der Verknappung der wertvollen Rohstoffe, ist es notwendig, effiziente Strategien zur Aufbereitung und anschließenden Wiederverwertung von Schwermetallen zu entwickeln.
Schwermetallionen können heute in technischen Verfahren durch unterschiedliche physikalische, chemische und biologische Mechanismen aus Abwässern entfernt werden. Zu den technisch nutzbaren Möglichkeiten zur Schwermetalleliminierung zählen neben Adsorptionsprozessen auch Ionenaustauschprozesse, Membrantrennverfahren, Reaktivextraktion oder elektrochemische Prozesse.
Als Standardverfahren für größere Volumenströme und für komplex zusammengesetzte Abwässer ist die Fällung anzusehen. Dabei werden Schwermetallionen durch Neutralisation mit Natronlauge oder Kalk als schwerlösliche Hydroxide ausgefällt oder es wird eine Kombination aus Fällung und Flockung verwendet, um Schwermetalle aus Abwässern abzutrennen, wobei die Flockung mit anorganischen Flockungsmitteln, wie Eisen- oder Aluminiumsalzen erfolgt. Die Folge ist das Auftreten von voluminösen Schlämmen, die sich durch einen relativ geringen Metallgehalt auszeichnen und kostenintensiv deponiert werden müssen.
Den Stand der Technik bestimmende Verfahren sind meist Verfahrenskombinationen, die über die einfache Neutralisationsfällung und Flockenseparation hinausgehen. In der Abwasserbehandlung der metallverarbeitenden Industrie mit den umfassendsten Auflagen hinsichtlich der Schwermetalleliminierung werden die Kombinationen mit nachgeschalteten Tiefbettfiltern und Ionenaustauschern bevorzugt.
Weiter sind Verfahren mittels Membrantrennung oder Elektrolyse zur Abtrennung der Schwermetalle bekannt, die als kostenintensiv und auch uneffektiv (teure Betriebs-Wartungskostensysteme) gelten, insbesondere wenn geringe Konzentrationen der Schwermetalle aus Wässern entfernt werden sollen.
Flockungsprozesse unterliegen der Adsorption basierend auf elektrostatischen Wechselwirkungen. Oftmals werden positiv geladene Flockungsmittel verwendet, da die Verunreinigungen im Wasser meist negativ geladen sind. Herkömmliche Flockungsmittel sind Polyacrylamid (PAM) oder Polyaluminiumchlorid (PAC). Nachteile dieser Flockungsmittel sind z. B., dass sie nicht biologisch abbaubar und nicht bioverträglich sind und toxische, unpolymerisierte Monomere und Additive enthalten können. Dementsprechend wächst weltweit das Interesse an positiv geladenen Substanzen, die biologisch abbaubar und umweltverträglich sind.
Aus der DE 10 2012 201 438 A1 ist ein Verfahren zur Abwasseraufbereitung bekannt, bei dem zu Abwasser als Flockungsmittel Polysaccharide und nachfolgend Polyacrylsäure oder ein Gemisch aus Polysacchariden und Polyacrylsäure in fester oder gelöster Form oder als Gel zugegeben werden, wobei mindestens ein Polysaccharid eine kationische Ladung aufweisen muss und im Überschuss gegenüber der Polyacrylsäure zugegeben sein muss.
Aus diesem Grund wird intensiv nach alternativen Wegen sowohl zur Abtrennung als auch Wiedergewinnung von Schwermetallen aus Abwässern gesucht. Als erfolgversprechendere Technologien werden u. a. die Adsorption der Schwermetalle an Biomasse, wie Pflanzen als auch Mikroben (Nu' ria Fiol, et al: Bioresource Technology 99 (2008) 5030-5036; Potsangbam Albino Kumar, et al: Chemical Engineering Journal 141 (2008) 130-140), oder die Adsorption der Schwermetallionen an speziellen Polymeren, wie dem Biopolymer Chitosan (T. N. de Castro Dantas et al: Langmuir 2001, 17, 4256-4260) beschrieben.
Derzeit ist Chitosan das einzige kationische Flockungsmittel, das als nicht wassergefährdend eingestuft wird.
Chitosan wird technisch aus Chitin durch Deacetylierung gewonnen. Chitin kommt im Exoskelett von Gliedertieren und in Weichtieren vor. Die Verwendung von Chitosan ist weitreichend, wobei Chitosan unter anderem in der Pharmazie, der Zahnmedizin, der Augenheilkunde, der Biotechnologie, der Biomedizin, der Chemie, der Kosmetik, der Textilindustrie, der Zellstoff- und Papierherstellung, der Weinkunde, der Lebensmittelindustrie, der Landwirtschaft und der Fotografie sowie in der Abwasserbehandlung eingesetzt wird.
Bekannt aus der DE 198 00 610 A1 sind Adsorptionsmittel zur Aufreinigung von schwermetallhaltigen Abwässern, bei denen nichtlebende Biomasse als Absorbersubstanz in Form von Chitosan als Schüttung von schwermetallhaltigen Abwässern durchströmt wird.
Weiter bekannt sind aus der DE 197 56 086 A1 Schwermetallionenadsorbensien auf Chitosan-Basis, bei denen Chitosan zermahlen, in einer schwachen Säure zu einer fließfähigen Masse gelöst und daraus Pellets hergestellt werden. Diese Pellets können als Adsorbentien für das Binden von Schwermetallen aus galvanischen Lösungen eingesetzt werden.
Bei im Stand der Technik beschriebenen Verfahren werden die positiv geladenen Schwermetallionen aus wässriger Lösung durch unterschiedliche Verfahren nur unzureichend entfernt. Zurück bleiben Anionen, wie z.B. Sulfat- oder Phosphationen. Diese in den wässrigen Lösungen verbleibenden Anionen führen zu weiteren Problemen durch ein Zunehmen der Säurestärke. Um diese Anionen zu entfernen, sind im Stand der Technik verschiedene Verfahren, die ein Abtrennen der Anionen ermöglichen, bekannt.
Gemäß der US 2014 1000 8305 A1 ist ein Verfahren zur Entfernung von Sulfationen aus wässrigen Lösungen bekannt, bei dem zu den wässrigen Lösungen mit Sulfationen Kalzium hinzugegeben wird und unlösliche Kalziumsulfate gebildet werden, die nach Zugabe einer flüssigen Chitosanlösung einen Chitosan-Sulfat-Komplex bilden und nach Zugabe eines anionischen Polymers Aggregate aus dem Chitosan-Sulfat-Komplex und dem anionischen Polymer gebildet werden.
Aus der WO 95/33690 ist die Entfernung von Phosphaten aus wässrigen Lösungen bekannt. Dazu wird zu der wässrigen Lösung von Phosphaten ein anionisches Polymer, ein eisenhaltiges Compound und Chitosan hinzugegeben.
Und auch bekannt aus der DE 10 2016 212 960 A1 ist ein Adsorbens für die Schadstoffabtrennung aus Flüssigkeiten, bestehend aus anorganischen oder organischen, unlöslichen Partikeln mit anionischer Ladung, die mindestens teilweise auf ihrer Partikeloberfläche eine Schicht aus Chitosan mit kationischer Ladung aufweisen, wobei die Chitosanschicht durch die unterschiedliche Polarität der Ladungen an die Partikeloberfläche gekoppelt ist, und die mit Chitosan beschichteten Partikel mindestens bereichsweise eine kationische Ladung aufweisen.
Den Lösungen des Standes der Technik ist gemeinsam, dass die Abtrennung von Schwermetallionen in Flüssigkeiten nicht effektiv genug und auch noch nicht mit ausreichender Ausbeute im industriellen Maßstab realisierbar ist. Zudem ist nachteilig, dass viele bekannte Adsorptionsmittel toxisch oder nicht biologisch abbaubar sind. Im Fall von Chitosan als Adsorptionsmittel ist nachteilig, dass reines Chitosan aufgrund der relativ kurzen Kettenlänge beziehungsweise der geringen Molmasse eine geringe Stabilität der Ketten bei mechanischer Beanspruchung aufweist und zudem teuer ist.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung von Adsorptionsmitteln für die einfache Schadstoffabtrennung aus Flüssigkeiten, das kostengünstig, umweltverträglich und biologisch abbaubar ist. Die Aufgabe der Erfindung besteht zudem in der Schaffung eines Verfahrens, mit dem biokompatible Adsorptionsmittel einfach und kostengünstig hergestellt werden können.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche, wobei die Erfindung auch Kombinationen der einzelnen abhängigen Patentansprüche im Sinne einer Und-Verknüpfung mit einschließt, solange sie sich nicht gegenseitig ausschließen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Verfahren zur Herstellung biokompatibler Adsorptionsmittel gelöst, bei dem anionisch geladene Hefezellen als Suspension bereitgestellt werden, wobei die Hefezellen mindestens in ihren Zellwänden anionisch geladene Glucan-Chitin-Komplexe aufweisen, nachfolgend der Suspension eine alkalische Lösung bei einer Temperatur zwischen 1 °C bis 50 °C zugegeben wird, wobei die anionisch geladenen Glucan-Chitin-Komplexe kationisiert und dabei positiv geladene Hefezellen mit mindestens in den Zellwänden vorhandenen Glucan-Chitin-Chitosan-Komplexen hergestellt werden.
In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird als alkalische Lösung Natriumhydroxid (NaOH) und/oder Kaliumhydroxid (KOH) zugegeben, wobei besonders vorteilhaft eine alkalische Lösung im Konzentrationsbereich von 5 % und 50 %, und ganz besonders bevorzugt im Konzentrationsbereich von 15 % bis 25 %, zugegeben wird.
Vorteilhaft ist es, wenn die Hefezellen vor der Zugabe der alkalischen Lösung mit Wasser, de-ionisiertem Wasser und/oder destilliertem Wasser behandelt werden, und ebenso vorteilhaft ist, wenn Hefezellen mit einem pH-Wert zwischen 3 und 10 bereitgestellt werden.
In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens werden Hefezellen mit einem Proteingehalt von 5 bis 20 Ma.-% je Hefezelle bereitgestellt, wobei die Hefezellen zuerst mit einer 1%-igen bis 3%-igen alkalischen Lösung gewaschen und danach zentrifugiert werden und nachfolgend mit einer 5%-igen bis 50%-igen alkalischen Lösung kationisiert werden.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn nach der Zugabe der alkalischen Lösung kationisch geladenes Chitosan als Lösung und/oder Feststoff zugegeben wird.
Und auch vorteilhaft ist, wenn das biokompatible Adsorptionsmittel als Pulver hergestellt wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe auch durch ein biokompatibles Adsorptionsmittel gelöst, das kationisch geladene Hefezellen aufweist, wobei mindestens in den Zellwänden der Hefezellen Glucan-Chitin-Chitosan-Komplexe mit kationischer Ladung vorhanden sind.
Vorteilhafterweise weisen die Hefezellen eine kationische Ladung mit einem elektrischen Potential von 50 mV bis 1000 mV, besonders bevorzugt mit einem elektrischen Potential von 600 mV bis 1000 mV, auf.
In einer vorteilhaften Ausführung ist das Adsorptionsmittel als Suspension oder Pulver vorhanden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe zudem dadurch gelöst, dass das biokompatible Adsorptionsmittel als Flockungsmittel zur Abwasserbehandlung, Wasseraufbereitung und/oder Verdickungsmittel bei Lebensmitteln verwendet wird.
Besonders vorteilhaft wird das biokompatible Adsorptionsmittel zur Abtrennung und Entfernung von Kationen und Oxyanionen aus Wasser und/oder Abwasser oder zur Verdickung von Suppen oder Soßen oder zur Entfernung von Trübstoffen aus Getränken eingesetzt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und den erfindungsgemäßen Adsorptionsmitteln auf der Basis von Hefekulturen beziehungsweise Hefezellen werden erstmals biologisch abbaubare und ökologisch unbedenkliche Adsorptionsmittel bereitgestellt, mit denen einfach und effektiv Schadstoffe aus Flüssigkeiten absorbiert und entfernt werden können.
Hefekulturen bestehen aus Zellen mit Zellinhalt und Zellwand, wobei der Zellinhalt zu 60 Ma.-% aus Proteinen besteht. 40 Ma.-% der Hefezelle bestehen aus der Zellwand, wobei die Zellwand β-D-1,3-Glucan, β -D-1,6-Glucan sowie Mannoproteine enthält.
In der Zellwand sind moderat verzweigte β-D-1,3-Glucanketten als Hauptbestandteil vorhanden, welche über Wasserstoffbrückenbindungen miteinander verknüpft sind. Diese β-D-1,3-Glucanketten tragen zur mechanischen Stabilität und Elastizität der Zellwand bei.
An den nicht reduzierten Enden des β-D-1,3-Glucanketten, die sich an der äußeren Seite der Zellwand befinden, sind stark verzweigte, wasserlösliche β-D-1,6-Glucanketten vorhanden, welche mit den Mannoproteinen verbunden sind. An der Innenseite der β-D-1,3-Glucanketten bilden sich Chitinketten nach der Zytokinese aus, die anionische Ladungen aufweisen und als Glucan-Chitin-Komplexe vorliegen.
Es wurde herausgefunden, dass Chitin mit ca. 2 bis 5 Ma.-%, bezogen auf die Masse der Zellwand, in der Hefezellwand vorliegt und sich überwiegend während der Knospung bei der Bildung des Septums und des Knospungsringes in der Zellwand befindet und dort der Beibehaltung der osmotischen und morphologischen Integrität dient.
Erstmals ist es gelungen, anionisch geladene Hefezellen über das in den Zellwänden vorhandene Chitin, das in den Zellwänden in Form von Glucan-Chitin-Komplexen vorliegt, durch die Zugabe einer alkalischen Lösung derart zu behandeln, dass kationisch geladenes und gebundenes Chitosan in Form von Glucan-Chitin-Chitosan-Komplexen erhalten wird. Dabei wird das vorhandene Chitin teilweise in Chitosan umgesetzt, wodurch hochmolekulare Vernetzungen der Chitosan-Moleküle mit den Glucan-Chitin-Komplexen erreicht werden.
Im Ergebnis wird ein biokompatibles Adsorptionsmittel bereitgestellt, das geruchlos ist, das aufgrund der anionisch geladenen Glucan-Moleküle und den vernetzten kationisch geladenen Chitosan-Molekülen unterschiedliche elektrische Ladungen und eine besonders hohe Viskosität aufweist. Das biokompatible Adsorptionsmittel kann aufgrund der anionischen und kationischen Ladung effektiv und in einfacher Weise beispielsweise zur Abwasserbehandlung und Adsorption verschiedener Kationen, vorzugsweise zweiwertiger Kationen, und Oxyanionen eingesetzt werden.
Vorteilhafterweise werden als alkalische Lösung Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid für die Behandlung und Kationisierung der mindestens in den Zellwänden der Hefezellen vorhandenen Glucan-Chitin-Komplexe eingesetzt. Diese alkalischen Lösungen sind besonders preisgünstig erhältlich und lassen sich zudem in einfacher Weise beispielsweise nach der Adsorption aus den adsorbierten Abwässern oder Lebensmitteln entfernen und wiedergewinnen.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Hefezellen, die vor der Kationisierung als Suspension vorliegen, zur Kationisierung mit einer alkalischen Lösung mit einer Konzentration von 5 % bis 50 % behandelt werden.
Von Bedeutung dabei ist, dass die Hefezellen mit der alkalischen Lösung bei einer Temperatur zwischen 1 °C bis maximal 50 °C behandelt werden, da bei höheren Temperaturen die Hefezellen vom festen Zustand in den gelierten Zustand übergehen. Eine höhere Verfahrenstemperatur über 50 °C ist deshalb nachteilig, da die Viskosität der erhaltenen Suspension wesentlich verschlechtert ist und dadurch die Adsorptionsausbeute und die Wirksamkeit des biokompatiblen Adsorptionsmittels verringert und unzureichend sind.
Erfindungsgemäß werden die Hefezellen mindestens einmal mit der alkalischen Lösung behandelt. Möglich ist, dass in Abhängigkeit von der Konzentration der alkalischen Lösung und dem Proteingehalt der Hefezellen die Hefezellen zwei oder mehrfach mit der alkalischen Lösung behandelt werden.
So konnte herausgefunden werden, dass Hefezellen, die einen sehr geringen Proteingehalt aufweisen, bereits nach einmaliger Behandlung mit der alkalischen Lösung ein positives elektrisches Potential aufweisen.
Bei Hefezellen, die einen höheren Proteingehalt von 2 Ma.-% bis 20 Ma.-% aufweisen, wurde eine Verschiebung der Ladungsneutralpunkte (isoelektrischer Punkt) festgestellt, die auf den höheren Proteingehalt in der Hefezelle zurückzuführen ist. In diesem Fall ist es notwendig, die Hefezellen in einem ersten Schritt mindestens einmal mit einer 1 %- bis 3 %-igen alkalischen Lösung zu waschen und nachfolgend zu zentrifugieren. Nach dieser Vorbehandlung der Hefezellen sind die Proteine beseitigt und der Ladungsneutralpunkt überwunden. Die Hefezellen werden nachfolgend mit einer 5 %- bis 50 %-igen alkalischen Lösung kationisiert.
Zur Verbesserung der Kationisierung der unbehandelten Hefezellen ist es vorteilhaft, wenn vor der Zugabe der alkalischen Lösung die Hefezellen mit Wasser, de-ionisiertem Wasser und/oder destilliertem Wasser behandelt werden, um möglicherweise an den Zellwänden haftende unerwünschte Reststoffe beispielsweise aus der Herstellung der Hefekulturen zu entfernen.
Um eine gezielte Schadstoffadsorption vornehmen zu können, ist es vorteilhaft, wenn nach der Zugabe der alkalischen Lösung kationisch geladenes Chitosan als Lösung und/oder Feststoff zugegeben wird. Es konnte herausgefunden werden, dass beispielweise bei der Behandlung und Aufbereitung von FeSO₄-haltigen Flüssigkeiten die Adsorption von Sulfat-Ionen wesentlich verbessert wird, während die Adsorption von Eisen-Ionen reduziert ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens und des Adsorptionsmittels wird aus der kationisch geladenen Suspension ein Pulver hergestellt. Die Bereitstellung der kationisierten Hefezellen als Pulvers bietet den Vorteil, dass das biokompatible Adsorptionsmittel länger haltbar, leicht zu lagern und zu transportieren ist und zudem in einfacher Weise am Einsatzort durch Zugabe von Wasser wieder als Suspension hergestellt werden kann. Die anionische und kationische Ladung der pulverförmigen Hefezellen bleibt dabei aufgrund der vorhandenen Glucan-Chitin-Chitosan-Komplexe in den Zellwänden vorhanden.
Zusammenfassend bestehen die wesentlichen Vorteile der Erfindung darin, dass

- für die Herstellung des biokompatiblen Adsorptionsmittels Hefekulturen verwendet werden, die in großen Mengen und zudem kostengünstig beispielswiese als Abfallprodukt bei der Bierherstellung zur Verfügung stehen,
- die Umwandlung der elektrischen Ladung der Hefezellen in eine kationische Ladung durch ein einfaches und kostengünstiges Verfahren ermöglicht wird,
- die Adsorptionsmittel biokompatibel, wirtschaftlich und technisch einfach anwendbar sind, und
- die biokompatiblen Adsorptionsmittel neben der Abwasserbehandlung und Wasseraufbereitung auch ohne weitere Modifizierungen in der Lebensmittelindustrie unter anderem bei der Flockung von Getränken oder bei der Verdickung von Suppen und Soßen vielfältig einsetzbar sind.

Ausführungsbeispiele
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Ausführungsbeispiel 1
Als Ausgangsstoff wird eine Suspension mit Hefezellen vom Typ Saccharomyces cerevisiae bereitgestellt, die anionisch geladen sind. Nachfolgend wird der Suspension eine 2 %-ige NaOH-Lösung zugegeben und danach die Suspension zentrifugiert, um Restprotein aus der Suspension herauszuwaschen. Die Hefezellwände der Hefezellen werden für zwei Stunden einer 15 %-igen NaOH-Lösung bei einer Temperatur von 22 °C ausgesetzt, wodurch das die in den Zellwänden vorhandenen Chitin im Glucan-Chitin-Komplex teilweise in Chitosan umgesetzt wird, und die Ladung der Hefezellen von anionischer Ladung in kationische Ladung geändert wird. Die Hefezellen weisen nach der Behandlung mit der 15 %-igen NaOH-Lösung einen isoelektrischen Punkt bei einem pH-Wert von 4,6 auf. Bei einem pH-Wert von 4,0 weist das Adsorptionsmittel ein elektrisches Potential von 380 mV auf.
Dem hergestellten Adsorptionsmittel auf Basis der in den Zellwänden vorhandenen Glucan-Chitin-Chitosan-Komplexe werden nachfolgend 30 mL einer FeSO₄-Lösung (entspricht 1 g/L) zugegeben, für 10 min. mit einem Magnetrührer bei 600 U/min gerührt und nachfolgend nach einer Sedimentationszeit von 20 min. untersucht. Der Adsorptionswert der Eisen-Ionen beträgt 75 %, während der Adsorptionswert der Sulfat-Ionen 65 % beträgt.
Ausführungsbeispiel 2
Als Ausgangsstoff wird eine Suspension mit Hefezellen vom Typ Saccharomyces cerevisiae bereitgestellt, die anionisch geladen ist. Nachfolgend wird der Suspension eine 20 %-ige KOH-Lösung zugegeben und für zwei Stunden der KOH-Lösung bei einer Temperatur von 4 °C ausgesetzt, wodurch das die in den Zellwänden vorhandenen Chitin in Glucan-Chitin-Chitosan-Komplexe umgesetzt wird, und die Ladung der Hefezellen von anionischer Ladung in kationische Ladung geändert wird. Die Hefezellen weisen nach der Behandlung mit der 20 %-igen KOH-Lösung einen isoelektrischen Punkt bei einem pH-Wert von 4,75 auf. Bis zu einem pH-Wert von 4,75 weist das Adsorptionsmittel ein positives Potential auf.
Dem hergestellten Adsorptionsmittel mit den in den Hefezellwänden vorhandenen Glucan-Chitin-Chitosan-Komplexen wird nachfolgend 30 mL einer NiNO₃-Lösung (entspricht 1 g/L) zugegeben und 10 min. mit einem Magnetrührer bei 600 U/min gerührt. Anschließend werden 0,1 mL Chitosanlösung zugegeben und weitere 10 min. mit dem Magnetrührer bei 600 U/min gerührt. Anschließend wird nach einer Sedimentationszeit von 20 min. die Lösung untersucht. Der Adsorptionswert der Nickelionen beträgt 70 %, während der Adsorptionswert der Nitrationen 60 % beträgt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012201438 A1 [0008]
DE 19800610 A1 [0012]
DE 19756086 A1 [0013]
US 201410008305 A1 [0015]
WO 9533690 [0016]
DE 102016212960 A1 [0017]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Nu' ria Fiol, et al: Bioresource Technology 99 (2008) 5030-5036 [0009]
Albino Kumar, et al: Chemical Engineering Journal 141 (2008) 130-140) [0009]

Claims

Verfahren zur Herstellung biokompatibler Adsorptionsmittel, bei dem anionisch geladene Hefezellen als Suspension bereitgestellt werden, wobei die Hefezellen mindestens in ihren Zellwänden anionisch geladene Glucan-Chitin-Komplexe aufweisen, nachfolgend der Suspension eine alkalische Lösung bei einer Temperatur zwischen 1 °C bis 50 °C zugegeben wird, wobei die anionisch geladenen Glucan-Chitin-Komplexe kationisiert und dabei positiv geladene Hefezellen mit mindestens in den Zellwänden vorhandenen Glucan-Chitin-Chitosan-Komplexen hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als alkalische Lösung Natriumhydroxid (NaOH) und/oder Kaliumhydroxid (KOH) zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine alkalische Lösung im Konzentrationsbereich von 5 % und 50 %, besonders bevorzugt im Konzentrationsbereich von 15 % bis 25 %, zugegeben wird
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Hefezellen vor der Zugabe der alkalischen Lösung mit Wasser, de-ionisiertem Wasser und/oder destilliertem Wasser behandelt werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem Hefezellen mit einem pH-Wert zwischen 3 und 10 bereitgestellt werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem Hefezellen mit einem Proteingehalt von 5 bis 20 Ma.-% je Hefezelle bereitgestellt werden, wobei die Hefezellen zuerst mit einer 1 %-igen bis 3%-igen alkalischen Lösung gewaschen und danach zentrifugiert werden und nachfolgend mit einer 5%-igen bis 50%-igen alkalischen Lösung kationisiert werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem nach der Zugabe der alkalischen Lösung kationisch geladenes Chitosan als Lösung und/oder Feststoff zugegeben wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das biokompatible Adsorptionsmittel als Pulver hergestellt wird.
Biokompatibles Adsorptionsmittel, hergestellt nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, das kationisch geladene Hefezellen aufweist, wobei mindestens in den Zellwänden der Hefezellen Glucan-Chitin-Chitosan-Komplexe mit kationischer Ladung vorhanden sind.
Biokompatibles Adsorptionsmittel nach Anspruch 9, wobei die Hefezellen eine kationische Ladung mit einem elektrischen Potential von 50 mV bis 1000 mV, besonders bevorzugt mit einem elektrischen Potential von 600 mV bis 1000 mV, aufweisen.
Biokompatibles Adsorptionsmittel nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Adsorptionsmittel als Suspension oder Pulver vorhanden ist.
Verwendung des biokompatiblen Adsorptionsmittels als Flockungsmittel zur Abwasserbehandlung, Wasseraufbereitung und/oder Verdickungsmittel bei Lebensmitteln.
Verwendung nach 12, bei der das biokompatible Adsorptionsmittel zur Abtrennung und Entfernung von Kationen und Oxyanionen aus Wasser und/oder Abwasser eingesetzt wird.
Verwendung nach Anspruch 12, bei der das biokompatible Adsorptionsmittel zur Verdickung von Suppen oder Soßen oder zur Entfernung von Trübstoffen aus Getränken eingesetzt wird.