DE19716372A1

DE19716372A1 - Adsorption from gas or liquid phase using aerogel adsorbents

Info

Publication number: DE19716372A1
Application number: DE1997116372
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Sievers; Andreas Dr Zimmermann
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Aventis Research and Technologies GmbH and Co KG
Priority date: 1997-04-18
Filing date: 1997-04-18
Publication date: 1998-10-22
Also published as: CN1806907A

Abstract

Use of aerogels as adsorption material for adsorption in liquid phase is new. Also claimed are: (1) the use of hydrophobic and hydrophilic aerogels as adsorption material, and (2) the use of adsorption materials containing aerogels which are not mixed with active carbon or active aluminium oxide, for adsorption in a gas phase.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Aerogelen als Adsorptionsmittel, Verfahren zur Reinigung von Flüssigkeiten und Gasen, sowie Verfahren zur Isolierung von organischen Verbindungen aus Flüssigkeiten.The invention relates to the use of aerogels as adsorbents, Processes for cleaning liquids and gases, as well as processes for Isolation of organic compounds from liquids.

Zur Reinigung von Gasen und Flüssigkeiten wie auch zur Stofftrennung wird eine Vielzahl von Adsorptionsmitteln eingesetzt, die aus einem Flüssigkeits- oder Gasgemisch einzelne Verbindungen oder Gruppen von Verbindungen adsorbieren und so eine Abtrennung ermöglichen. In der Regel werden heterogene Adsorptionsmittel, insbesondere feste Adsorptionsmittel zur Reini gung von Flüssigkeiten und Gasen eingesetzt. Beispiele für bekannte Adsorp tionsmittel sind Aktivkohle und polymere Adsorptionsmittel.For cleaning gases and liquids as well as for separating materials a large number of adsorbents are used, which consist of a liquid or gas mixture individual compounds or groups of compounds adsorb and thus enable separation. Usually will heterogeneous adsorbents, especially solid adsorbents for cleaning supply of liquids and gases. Examples of known adsorp Agents are activated carbon and polymeric adsorbents.

Mit Aktivkohle können eine Vielzahl von organischen und anorganischen Verbindungen adsorbiert werden. Dabei kann die Hydrophobizität der Aktiv kohle kaum variiert werden, um beispielsweise eine selektive Adsorption aus einem Gemisch von Verbindungen mit unterschiedlicher Hydrophobizität zu ermöglichen. So haben Aktivkohlen, die in der Ablufttechnik eingesetzt werden, eine gewisse Wasseraufnahmekapazität, welche die für andere zu adsorbierende Verbindungen zur Verfügung stehende Adsorptionskapazität vermindert. Diese Wasseraufnahmekapazität kann nicht nur bei wasserdampf haltigen oder wasserdampfgesättigten Abgasen nachteilig sein, sondern auch bei wasserdampfregenerierten Aktivkohleanlagen eine wichtige Rolle spielen. Bei der Regenerierung der Aktivkohleanlagen mit Wasserdampf muß nach dem Dämpfen ein zeitintensiver Trocknungsschritt eingefügt werden, in dem die feuchte Aktivkohle, meist mit Umgebungsluft, getrocknet wird. Somit ist die Regenerierung der Aktivkohle zeit- und arbeitsaufwendig. Bei der Ver wendung von Aktivkohle oder Aktivkoks als Adsorptionsmittel bei der Lösemitteladsorption aus Abgasen, insbesondere in Anlagen zur Abluftreini gung, müssen die Adsorber in inerter Atmosphäre regeneriert werden. Bei der Adsorption und Desorption brennbarer Lösemittel kann es sonst zur Bildung von "Hot Spots", d. h. Glimmnestern, kommen, die den Abbrand der gesamten Adsorptionsanlage verursachen können. Deshalb wird als Desorptionsmedium neben Wasserdampf meist Stickstoff eingesetzt. Zudem sind oft zusätzliche Sicherheitseinrichtungen erforderlich, wie Vorrichtungen zum gezielten Fluten der Anlage mit Löschwasser im Brandfall. Derartige Sicherheitsvorkehrungen sind sehr kostspielig. Für bestimmte Adsorptionsauf gaben kann Aktivkohle nicht eingesetzt werden. So können Aktivkohlen in der Feinreinigung von pharmazeutischen Wirkstoffen und Produkten nicht verwendet werden, da Aktivkohlen nicht unerhebliche Aschebestandteile enthalten, die nur teilweise durch kostenintensive Verfahren, wie einen Säureaufschluß, reduziert werden können.With activated carbon, a variety of organic and inorganic Compounds are adsorbed. The hydrophobicity of the active coal can hardly be varied, for example to selectively adsorb a mixture of compounds with different hydrophobicity enable. So have activated carbons that are used in exhaust air technology a certain water absorption capacity, which the others too adsorbing compounds available adsorption capacity reduced. This water absorption capacity can not only with water vapor containing or steam-saturated exhaust gases may be disadvantageous, but also play an important role in steam-regenerated activated carbon plants. When the activated carbon plants are regenerated with steam, steaming, a time-consuming drying step can be inserted, in which the moist activated carbon, usually with ambient air, is dried. So is the regeneration of the activated carbon is time-consuming and labor-intensive. When ver Use of activated carbon or activated coke as an adsorbent in the Solvent adsorption from exhaust gases, especially in systems for exhaust air purification tion, the adsorbers must be regenerated in an inert atmosphere. At adsorption and desorption of flammable solvents can otherwise lead to Creation of "hot spots", d. H. Smoldering nests come, which burn up the entire adsorption system can cause. Therefore, as Desorption medium mostly used nitrogen in addition to water vapor. In addition additional safety devices such as devices are often required for targeted flooding of the system with extinguishing water in the event of a fire. Such Safety precautions are very expensive. For certain adsorption activated carbon cannot be used. So activated carbons in not the fine cleaning of active pharmaceutical ingredients and products can be used because activated carbon contains not insignificant ash components included, which are only partially through costly processes such as a Acid digestion, can be reduced.

Bei der Aufarbeitung von pharmakologischen Wirkstoffen wird daher bei Anwendung von Adsorptionsverfahren als produktschonendem Verfahren mit polymeren Adsorptionsmitteln gearbeitet. Polymere Adsorptionsmittel sind in der Regel hochvernetzte Copolymerisate, beispielsweise auf Basis von Sty ro/Divinylbenzol. Diese polymeren Adsorptionsmittel werden in weitem Umfang bei der Reinigung von biologisch und chemisch hergestellten Arznei wirkstoffen eingesetzt. Polymere Adsorptionsmittel quellen in Abhängigkeit vom verwendeten Lösemittel unterschiedlich stark, so daß dieser gegebe nenfalls erhöhten mechanischen Belastung bei der Dimensionierung der ent sprechenden Apparate Rechnung getragen werden muß. Zudem sind polymere Adsorptionsmittel teuer. Die Hydrophobizität polymerer Adsorptionsmittel ist nur in relativ engen Grenzen einstellbar.When working up pharmacological active ingredients, therefore Use of adsorption processes as a gentle process with polymeric adsorbents worked. Polymeric adsorbents are in generally highly crosslinked copolymers, for example based on Sty ro / divinylbenzene. These polymeric adsorbents are widely used Scope for cleaning biologically and chemically produced medicines active ingredients used. Polymeric adsorbents swell depending of the solvent used to different degrees, so that this is given if necessary increased mechanical stress when dimensioning the ent speaking apparatus must be taken into account. There are also polymers Adsorbent expensive. The hydrophobicity of polymeric adsorbents is only adjustable within relatively narrow limits.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Adsorptions mitteln, die insbesondere zur Behandlung von Abgasen, wie auch zur Reini gung von pharmazeutischen Wirkstoffen eingesetzt werden können und die vorstehend aufgeführten Nachteile von Aktivkohle und polymeren Adsorp tionsmitteln vermeiden.The object of the present invention is to provide adsorption means, in particular for the treatment of exhaust gases, as well as for cleaning Delivery of active pharmaceutical ingredients can be used and the Disadvantages of activated carbon and polymeric adsorb listed above Avoid agents.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Verwendung von Aerogelen als Adsorptionsmittel zur Adsorption aus einer Flüssigphase gelöst. Weiterhin werden erfindungsgemäß hydrophobe und hydrophile Aerogele, vorzugsweise hydrophobierte Aerogele allgemein als Adsorptionsmittel eingesetzt. Ferner werden erfindungsgemäß zur Adsorption aus einer Gasphase Adsorptionsmittel verwendet, die Aerogele enthalten, die nicht als Gemisch mit Aktivkohle oder Aktivtonerde vorliegen.According to the invention, the object is achieved by using aerogels Adsorbent dissolved for adsorption from a liquid phase. Farther According to the invention, hydrophobic and hydrophilic aerogels are preferred Hydrophobic aerogels are generally used as adsorbents. Further are adsorbents according to the invention for adsorption from a gas phase used that contain aerogels that are not mixed with activated carbon or active alumina.

Aerogele, die in der Regel hochporöse Materialien aus Silicium- oder Metalloxiden mit einer Dichte im Bereich von 70 bis 300 kg/m³, einer Schallgeschwindigkeit von 100 bis 300 m/s und einer inneren Oberfläche von bis zu 1000 m²/g sind, werden überwiegend als thermische Isoliermate rialien eingesetzt, da sie sie sehr geringe Wärmeverlustaktoren aufweisen.Aerogels, which are generally highly porous materials made of silicon or metal oxides with a density in the range from 70 to 300 kg / m ³ , a speed of sound from 100 to 300 m / s and an inner surface of up to 1000 m ² / g, are mainly used as thermal insulating materials because they have very low heat loss actuators.

Als Absorptionsmittel sind Aerogele bislang nur in einem Gasadsorptions element beschrieben, in dem sie mit Aktivkohle und/oder Aktivtonerde gemeinsam in eine Matrix aus Papieren mit geringer Dichte, die hauptsäch lich aus anorganischen Fasern bestehen und aufeinandergeschichtet bzw. laminiert sind, eingebunden sind. Es werden Metallsilikat-Aerogele verwen det, die nicht modifiziert sind, siehe DE 39 37 863 A1. Das Gasadsorptions element wird überwiegend zum Binden von Luftfeuchtigkeit eingesetzt. Up to now, aerogels have only been used as absorbents in gas adsorption element described in which they are activated carbon and / or activated alumina together into a matrix of sparse papers, the main ones Lich consist of inorganic fibers and stacked or are laminated, are integrated. Metal silicate aerogels are used det, which are not modified, see DE 39 37 863 A1. The gas adsorption element is mainly used to bind air humidity.

Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß sich Aerogele hervorragend als Adsorptionsmittel in Gas- und Flüssigphasen einsetzen lassen.According to the invention, it was found that aerogels are outstanding Allow adsorbent to be used in gas and liquid phases.

Geeignete Aerogele sind beispielsweise in DE-A-43 16 540, DE-A-43 42 548, DE-A-44 22 912, DE-A-44 39 217, WO 96/22942 und DE-A-195 25 021 beschrieben.Suitable aerogels are described, for example, in DE-A-43 16 540, DE-A-43 42 548, DE-A-44 22 912, DE-A-44 39 217, WO 96/22942 and DE-A-195 25 021 described.

Die nach den zitierten Druckschriften hergestellten Aerogele sind hydrophob. Durch eine Pyrolyse bei 400-600°C unter O₂-Atmosphäre lassen sich daraus hydrophile Aerogele herstellen, siehe WO 96/26890.The aerogels produced according to the cited documents are hydrophobic. By pyrolysis at 400-600 ° C under an O ₂ atmosphere, hydrophilic aerogels can be produced from it, see WO 96/26890.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Aerogele weisen sehr hohe innere Ober flächen von 100 bis 1000, insbesondere von 300 bis 700 m²/g, bestimmt durch BET-Messungen mittels Stickstoffadsorption, auf. Das Porenvolumen beträgt in der Regel 1,5 bis 3,5, besonders bevorzugt 2 bis 3 cm³/g. Ein Großteil der Porenradien liegt dabei im Bereich von 1 bis 100, insbesondere von 6 bis 9 Nanometer. Die Aerogele weisen dabei im Regelfall durch gängige Poren auf, d. h. alle Poren sind vom Partikelrand her zugänglich. Diese Eigenschaft ist bei Aktivkohle oder Aktivkoks nur durch einen zusätz lichen Verfahrensschritt, die thermische Aktivierung, zu erreichen.The aerogels used according to the invention have very high inner surfaces of 100 to 1000, in particular 300 to 700 m ² / g, determined by BET measurements using nitrogen adsorption. The pore volume is usually 1.5 to 3.5, particularly preferably 2 to 3 cm ³ / g. The majority of the pore radii are in the range from 1 to 100, in particular from 6 to 9, nanometers. The aerogels generally have common pores, ie all pores are accessible from the particle edge. In the case of activated carbon or activated coke, this property can only be achieved by an additional process step, thermal activation.

Die Aerogele können in jede für die Anwendung als Adsorptionsmittel geeignete Form gebracht werden. So kann je nach Herstellung das Aerogel in Pulverform, als Formteil, wie in Form von Strängen oder Stäbchen mit Durchmessern von 1 bis 4 mm und Längen von 3 bis 10 mm, oder als Granulat vorliegen. Die Aerogele können auch in Form von Tabletten oder Pellets eingesetzt werden. Für die Adsorption in der Flüssigphase werden vorzugsweise pulverförmige Adsorbentien eingesetzt, da aufgrund in der Regel geringerer Stoffübergangs- und Diffusionskoeffizienten kurze Diffu sionswege angestrebt werden. Beim Einsatz in der Gasphase, etwa zur adsorptiven Gastrennung oder Abluftreinigung werden vorzugsweise Granula te, Tabletten, Pellets oder Formkörper der Aerogele eingesetzt, da so aufgrund eines hohen Lückenanteils Druckverluste gering gehalten werden können und kaum Staubprobleme, beispielsweise durch Austrag aus einer Adsorptionskolonne, auftreten. Die gewünschte Form der Aerogele kann direkt im Herstellungsverfahren erreicht werden, so daß auf nachträgliche Formgebungsprozesse verzichtet werden kann. Somit ist die Herstellung weniger aufwendig als beispielsweise das Formen von Aktivkohle, die zuerst gemahlen und dann in Form gepreßt werden muß.The aerogels can be used in any for use as adsorbents appropriate form. Depending on the manufacturing process, the airgel can in powder form, as a molded part, such as in the form of strands or rods with Diameters from 1 to 4 mm and lengths from 3 to 10 mm, or as Granules are present. The aerogels can also be in the form of tablets or Pellets are used. For adsorption in the liquid phase preferably powdered adsorbents used because due to the Usually lower mass transfer and diffusion coefficients short diffu ways are sought. When used in the gas phase, for example Adsorptive gas separation or exhaust air purification are preferably granules te, tablets, pellets or moldings of the aerogels used because so due to a high percentage of gaps, pressure losses are kept low can and hardly any dust problems, for example by discharge from a Adsorption column occur. The desired shape of the aerogels can can be achieved directly in the manufacturing process, so that subsequent Shaping processes can be dispensed with. So that's the manufacture less expensive than, for example, shaping activated carbon first ground and then pressed into shape.

Die Adsorptionseigenschaften der Aerogele können durch entsprechende Oberflächenmodifikationen, die einen hydrophilen oder hydrophoben Charakter der Aerogele bewirken, gezielt eingestellt werden. Eine Hydrophobierung erfolgt vorzugsweise durch Silylierung der Aerogele mit Trimethylchlorsilan. Durch Hydrophobierung kann die Wasseraufnahmekapazität der Aerogele sehr stark vermindert werden, so daß das Wasser die Oberflächen kaum benetzen kann. Hierdurch wird beispielsweise bei der Adsorption von wasserdampf haltigen Abgasen die Adsorptionskapazität nicht durch Aufnahme von Wasser reduziert. Zudem ist bei einer Wasserdampfregenerierung der Aerogele kein zeitintensiver Trocknungsschritt erforderlich.The adsorption properties of the aerogels can be adjusted by appropriate Surface modifications that have a hydrophilic or hydrophobic character of the aerogels can be set in a targeted manner. A water repellent is preferably carried out by silylating the aerogels with trimethylchlorosilane. The water absorption capacity of the aerogels can be very high due to hydrophobization be greatly reduced so that the water hardly wets the surfaces can. This is used, for example, for the adsorption of water vapor exhaust gases do not have the adsorption capacity due to the absorption of water reduced. In addition, there is no water vapor regeneration of the aerogels time-consuming drying step required.

Bei der Lösemitteladsorption, insbesondere in Anlagen zur Abluftreinigung kann auf zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen, wie sie beispielsweise bei Verwendung von Aktivkohle-Adsorptionsmitteln benötigt werden, verzichtet werden, da die Aerogele eine sehr hohe Temperaturstabilität aufweisen und unbrennbar sind. Somit können die Aerogele sehr vorteilhaft in Anlagen zur Abluftreinigung verwendet werden, wobei die hohen Anforderungen der TA Luft (TA = Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft), insbesondere in bezug auf Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit, eingehalten werden. Es treten quasi keine Ausfallzeiten der Reinigungsanlagen aufgrund technischer Störungen auf.Solvent adsorption, especially in systems for exhaust air purification can take additional safety precautions, such as those at Use of activated carbon adsorbents are dispensed with because the aerogels have a very high temperature stability and are non-flammable. Thus, the aerogels can be very advantageous in systems for Exhaust air purification can be used, the high requirements of TA Air (TA = technical instructions for keeping the air clean), in particular in terms of operational safety and reliability. It there are virtually no downtimes in the cleaning systems due to technical problems Interference on.

Neben der Lösemitteladsorption in Anlagen zur Abluftreinigung können die erfindungsgemäßen Aerogele für alle bekannten Adsorptionsanwendungen eingesetzt werden, in denen eine Adsorption aus der Gasphase erfolgen muß. Beispiele sind die Trennung von Gasgemischen und die Adsorption von Verunreinigungen aus Gasen. Bei den Verunreinigungen kann es sich bei spielsweise um gasförmige Verunreinigungen, wie Stickoxide, Schwefeloxide, Kohlenmonoxid, Ammoniak oder organische Gase handeln. Es kann sich auch um verdampfte Flüssigkeiten oder im Gasstrom mitgerissene Flüssig keitströpfchen handeln. Hydrophil modifizierte Aerogele können auch zur Trocknung von Gasen, d. h. zur Entfernung von Wasser eingesetzt werden.In addition to solvent adsorption in systems for exhaust air purification, the Aerogels according to the invention for all known adsorption applications are used in which adsorption from the gas phase must take place. Examples are the separation of gas mixtures and the adsorption of Impurities from gases. When it comes to impurities, it can for example about gaseous impurities such as nitrogen oxides, sulfur oxides, Act carbon monoxide, ammonia or organic gases. It can also about evaporated liquids or liquids entrained in the gas flow act droplets. Hydrophilically modified aerogels can also be used Drying of gases, d. H. used to remove water.

Ist die Adsorptionskapazität der erfindungsgemäß eingesetzten Aerogele erschöpft, so können die Aerogele nach bekannten Verfahren regeneriert werden. Beispielsweise können die adsorbierten Stoffe thermisch entfernt werden. Auch eine Entfernung mit Hilfe anderer Gase, wie Wasserdampf ist möglich. Entsprechende Verfahren sind dem Fachmann bekannt.Is the adsorption capacity of the aerogels used according to the invention exhausted, the aerogels can be regenerated by known methods will. For example, the adsorbed substances can be removed thermally will. Also removal with the help of other gases, such as water vapor possible. Appropriate methods are known to the person skilled in the art.

Als "Gasphase" wird allgemein ein Stoffgemisch bezeichnet, das auf einem Gas oder Gasgemisch basiert. Das Gas oder Gasgemisch kann somit auch feste und insbesondere flüssige Bestandteile enthalten.A "gas phase" is generally a mixture of substances that is based on a Gas or gas mixture based. The gas or gas mixture can also contain solid and in particular liquid components.

Die erfindungsgemäßen Aerogele können zudem als Adsorptionsmittel zur Adsorption aus einer Vielzahl von Flüssigphasen verwendet werden. Der Ausdruck "Flüssigphase" kann dabei homogene Lösungen, Emulsionen, Dispersionen, Flüssigkeiten, die Gase gelöst enthalten, und ähnliche Gemi sche einschließen. Eine Flüssigkeit dient dabei als Trägerphase, aus der Stoffe von den Aerogelen adsorbiert werden. The aerogels according to the invention can also be used as adsorbents Adsorption from a variety of liquid phases can be used. Of the The expression "liquid phase" can mean homogeneous solutions, emulsions, Dispersions, liquids containing gases in solution, and similar mixtures include. A liquid serves as the carrier phase from which Substances are adsorbed by the aerogels.

Es können somit Gase, Flüssigkeiten oder gelöste Stoffe oder auch Feststoffe aus Flüssigkeiten entfernt werden. Es kann sich dabei um organische oder anorganische Stoffe handeln. Insbesondere werden organische Stoffe, wie Kohlenwasserstoffe, insbesondere aromatische oder chlorierte Kohlenwasser stoffe entfernt. Als Flüssigkeiten können dabei beliebige geeignete Lösemittel, wie Wasser oder organische Lösemittel eingesetzt werden. Vorzugsweise erfolgt die Adsorption aus Wasser oder wäßrigen Lösemitteln. Die adsor bierten Verbindungen können dabei nach Trennung des Adsorptionsmittels von der Flüssigkeit durch geeignete Verfahren, beispielsweise durch Erhitzen, Auswaschen oder Eluieren freigesetzt werden. Die erfindungsgemäßen Aero gele zeigen dabei bei der Adsorption von organischen Wasserinhaltsstoffen hochselektive Adsorptionseigenschaften. Somit können sie sehr gut zur Reinigung von Industrieabwässern oder Laborabwässern eingesetzt werden.It can be gases, liquids or solutes or solids be removed from liquids. It can be organic or trade inorganic substances. In particular, organic substances such as Hydrocarbons, especially aromatic or chlorinated hydrocarbons fabrics removed. Any suitable solvents, such as water or organic solvents. Preferably the adsorption takes place from water or aqueous solvents. The adsor bied connections can after separation of the adsorbent from the liquid by suitable methods, for example by heating, Wash out or elute. The aero according to the invention Gels show the adsorption of organic water substances highly selective adsorption properties. So they are very good at Purification of industrial waste water or laboratory waste water can be used.

Die erfindungsgemäßen Aerogele können neben der Reinigung von Flüssig keiten auch zur Isolierung von organischen Verbindungen aus Flüssigkeiten oder Flüssigkeitsgemischen eingesetzt werden. Hierbei ist das Ziel die Isolierung und Gewinnung von organischen Verbindungen, die teilweise stark verdünnt und neben vielen anderen Bestandteilen in Flüssigkeiten oder Flüssigkeitsgemischen vorliegen. Hierbei kann die hochselektive Adsorption an Aerogele vorteilhaft eingesetzt werden, um spezielle organische Ver bindungen aus einer Vielzahl von gegebenenfalls ähnlichen organischen Verbindungen in einer Flüssigkeit zu isolieren.In addition to cleaning liquids, the aerogels according to the invention can be used also for the isolation of organic compounds from liquids or liquid mixtures can be used. The goal here is the Isolation and extraction of organic compounds, some of which are strong diluted and among many other ingredients in liquids or Liquid mixtures are present. Here, the highly selective adsorption Aerogels can be used advantageously to special organic ver bonds from a variety of possibly similar organic Isolate compounds in a liquid.

Bevorzugt werden dabei die organischen Verbindungen aus waßrigen Flüssig keiten isoliert. Es handelt sich insbesondere um Agrochemikalien oder pharmazeutische Wirkstoffe, die aus den bei ihrer Herstellung anfallenden Mutterlaugen isoliert werden. Beispiele für derartige Agrochemikalien sind Wirkstoffe mit herbiziden, fungiziden oder insektiziden Eigenschaften. The organic compounds from aqueous liquid are preferred isolated. It is particularly agrochemicals or active pharmaceutical ingredients that are obtained from the manufacturing process Mother liquors are isolated. Examples of such agrochemicals are Active ingredients with herbicidal, fungicidal or insecticidal properties.

Bei der Herstellung von pharmazeutischen Wirkstoffen bilden die Kosten der Aufarbeitung oft einen erheblichen Anteil an den Gesamtkosten. Ein mikro biologisch hergestelltes Produkt muß beispielsweise meist in mehreren Schrit ten so produktschonend wie möglich aufgearbeitet werden. Die Aufarbeitung beinhaltet dabei die Abtrennung und Reinigung des pharmazeutischen Wirk stoffs aus der Fermentationslösung. Bei der Herstellung der Mehrzahl aller pharmazeutischen Wirkstoffe sind eine oder mehrere adsorptive Reinigungs schritte notwendig.When manufacturing active pharmaceutical ingredients, the cost of Refurbishment often accounts for a significant proportion of the total cost. A micro organically produced product, for example, usually has to be in several steps be processed as gently as possible. The workup includes the separation and purification of the pharmaceutical effect from the fermentation solution. In the production of the majority of all Active pharmaceutical ingredients are one or more adsorptive cleaning agents steps necessary.

Beispiele für pharmazeutische Wirkstoffe sind Antibiotika, die aus den bei ihrer Herstellung anfallenden Fermentationslösungen gewonnen werden. Insbesondere werden die Aerogele zur Reinigung und Abtrennung des Antibiotikums Cephalosporin C (CPC) eingesetzt.Examples of active pharmaceutical ingredients are antibiotics, which come from the fermentation solutions produced during their production. In particular, the aerogels for cleaning and separating the Antibiotic cephalosporin C (CPC) used.

Durch die hohe Selektivität der erfindungsgemäßen Aerogele für die pharma zeutischen Wirkstoffe, insbesondere CPC, kann das Aufarbeitungs- und Reinigungsverfahren deutlich vereinfacht und beschleunigt werden.Due to the high selectivity of the aerogels according to the invention for pharma active ingredients, in particular CPC, can be refurbished and Cleaning procedures can be significantly simplified and accelerated.

Die Erfindung betrifft auch die für die vorstehenden Anwendungen in Frage kommenden Reinigungs- und Isolierungsverfahren.The invention also relates to those in question for the above applications upcoming cleaning and insulation processes.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Reinigung von Gasen ist dadurch gekennzeichnet, daß die zu reinigenden Gase mit Aerogelen, die nicht als Gemisch mit Aktivkohle oder Aktivtonerde vorliegen, als Adsorptionsmittel für einen Zeitraum in Kontakt gebracht werden, der für eine Adsorption von in den Gasen enthaltenen Verunreinigungen ausreicht. Entsprechende Kon taktzeiten liegen in der Regel in einem Bereich von 0,001 bis 0,01, vor zugsweise 0,004 bis 0,008 Sekunden. This is an inventive method for cleaning gases characterized in that the gases to be cleaned with aerogels that are not considered Mixture with activated carbon or activated alumina are present as an adsorbent be contacted for a period of time necessary for adsorption of impurities contained in the gases are sufficient. Corresponding con cycle times are usually in a range from 0.001 to 0.01 preferably 0.004 to 0.008 seconds.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Reinigung von Flüssigkeiten ist da durch gekennzeichnet, daß die zu reinigenden Flüssigkeiten mit Aerogelen als Adsorptionsmittel für einen Zeitraum in Kontakt gebracht werden, der eine Adsorption von in den Flüssigkeiten enthaltenen Verunreinigungen ausreicht.An inventive method for cleaning liquids is there characterized in that the liquids to be cleaned with aerogels be contacted as an adsorbent for a period of time an adsorption of impurities contained in the liquids is sufficient.

Ein weiteres Verfahren zur Reinigung von Gasen oder Flüssigkeiten ist dadurch gekennzeichnet, daß die zu reinigenden Gase oder Flüssigkeiten mit hydrophobierten Aerogelen als Adsorptionsmittel für einen Zeitraum in Kontakt gebracht werden, der für eine Adsorption von in den Gasen oder Flüssigkeiten enthaltenen Verunreinigungen ausreicht.Another method for cleaning gases or liquids is characterized in that the gases or liquids to be cleaned with hydrophobic aerogels as adsorbents for a period in Be brought into contact for adsorption of in the gases or Contamination contained liquids is sufficient.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Isolierung von organischen Verbindun gen aus Flüssigkeiten ist dadurch gekennzeichnet, daß die die organischen Verbindungen enthaltenden Flüssigkeiten mit Aerogelen als Adsorptionsmittel für einen Zeitraum in Kontakt gebracht werden, der für eine Adsorption der organischen Verbindungen ausreicht, sodann die Aerogele von den Flüssig keiten abgetrennt und anschließend die organischen Verbindungen von den Aerogelen getrennt werden. Die Trennung kann dabei nach den vorstehenden Verfahren erfolgen. Bei der Reinigung von Flüssigkeiten und der Isolierung von organischen Verbindungen aus Flüssigkeiten erfolgt die Behandlung mit den Aerogelen in der Regel für einen Zeitraum von 1 bis 50, vorzugsweise 5 bis 20 Sekunden.A method according to the invention for the isolation of organic compounds gene from liquids is characterized in that the organic Compounds containing liquids with aerogels as adsorbents be contacted for a period of time necessary for adsorption of the sufficient organic compounds, then the aerogels from the liquid separated and then the organic compounds from the Airgel can be separated. The separation can be done according to the above Procedure. When cleaning liquids and insulation Organic compounds from liquids are treated with the aerogels generally for a period of 1 to 50, preferably 5 to 20 seconds.

Die Abtrennung der gewonnenen organischen Verbindungen von den Aeroge len kann dabei wie vorstehend beschrieben durch Elution mit einem Löse mittel, etwa einem organischem Lösemittel oder einer Salzlösung erfolgen.The separation of the organic compounds obtained from the Aeroge len can be eluted with a solution as described above medium, such as an organic solvent or a salt solution.

Die erfindungsgemäß verwendeten Aerogele werden vorzugsweise ohne weitere Trägerstoffe oder andere Adsorptionsmittel eingesetzt. Sie können jedoch auch in Kombination mit anderen Adsorptionsmitteln verwendet werden. Bei der Adsorption aus einer Gasphase werden sie auch nicht als Gemisch mit Aktivkohle oder Aktivtonerde eingesetzt, sofern es sich um nichtmodifizierte Aerogele handelt. Beispielsweise kann sich aber an eine Adsorptionsstufe mit Aerogelen eine Adsorptionsstufe mit Aktivkohle oder Aktivtonerde anschließen. Die weiteren Adsorptionsstufen können dabei zur weiteren Aufreinigung der Gase, Flüssigkeiten oder organischen Verbindun gen eingesetzt werden. Adsorptionsmittel, die mit den erfindungsgemäßen Aerogelen kombiniert werden können, sind dem Fachmann bekannt. Die Erfindung wird nachstehend zusätzlich anhand von Beispielen in Verbindung mit der Zeichnung erläutert, die inThe aerogels used according to the invention are preferably without other carriers or other adsorbents used. You can however also used in combination with other adsorbents will. In the case of adsorption from a gas phase, they are also not considered to be Mix with activated carbon or activated alumina, if it is non-modified aerogels. For example, a Adsorption stage with aerogels is an adsorption stage with activated carbon or Connect active clay. The other stages of adsorption can further purification of the gases, liquids or organic compounds gene can be used. Adsorbent with the invention Aerogels can be combined are known to the person skilled in the art. The The invention is additionally linked below by means of examples with the drawing explained in

Fig. 1 in einem Diagramm die Beladung von Aerogel mit unter schiedlichen organischen Verbindungen in Abhängigkeit von deren Konzentration in Wasser zeigt. Fig. 1 shows in a diagram the loading of airgel with under different organic compounds depending on their concentration in water.

example 1 Adsorption of water constituents

Um die selektive Adsorption von organischen Verbindungen aus Abwässern zu zeigen, wurden als Beispiele für die Gruppen der aromatischen und/oder chlorierten Kohlenwasserstoffe Benzol, Phenol, Toluol, 1,2-Dichloretan und p-Chlorphenol ausgewählt. Diese Verbindungen wurden in unterschiedlichen Konzentrationen in Wasser bei 25°C mit Aerogel kontaktiert, wobei die erzielbare Beladung des Aerogels gemessen wurde. Dabei wurden die Ver suche in einem Schüttelkolben ausgeführt. Hierzu wurden in dem Schüttel kolben 6 g pulverförmiges Aerogel (hydrophobes Aerogel, Teilchengröße 0,1 mm, spezifische innere Oberfläche ca. 500 m²/g) mit 0,1 Liter des zu reinigenden wäßrigen Gemisches in Kontakt gebracht. Über die Messung der Flüssigkeitskonzentration vor und nach der Adsorptionszeit, die maximal 2 Stunden bis zur Einstellung des Gleichgewichts betrug, konnte aus einer Massenbilanz die adsorbierte Stoffmenge berechnet werden. Die Ergebnisse sind in der Fig. 1 dargestellt.In order to show the selective adsorption of organic compounds from waste water, benzene, phenol, toluene, 1,2-dichloretane and p-chlorophenol were selected as examples of the groups of the aromatic and / or chlorinated hydrocarbons. These compounds were contacted with airgel in various concentrations in water at 25 ° C., the achievable loading of the airgel being measured. The experiments were carried out in a shake flask. For this purpose, 6 g of powdered airgel (hydrophobic airgel, particle size 0.1 mm, specific internal surface area approx. 500 m ² / g) were brought into contact with 0.1 liter of the aqueous mixture to be cleaned in the flask. The amount of substance adsorbed could be calculated from a mass balance by measuring the liquid concentration before and after the adsorption time, which was a maximum of 2 hours until equilibrium was reached. The results are shown in FIG. 1.

Die in der Fig. 1 gezeigten Ergebnisse zeigen, daß Aerogele sehr gut zur Reinigung von Abwässern eingesetzt werden können, die organische Ver unreinigungen enthalten.The results shown in FIG. 1 show that aerogels can be used very well for the purification of waste water which contain organic impurities.

Example 2 and Comparative Examples Adsorption of an antibiotic

Als Beispiel für die Aufarbeitung eines pharmazeutischen Wirkstoffs aus der bei seiner Herstellung anfallenden Fermentationslösung wurde die Adsorption des Antibiotikums Cephalosporin C (CPC) untersucht. CPC fällt bei der Herstellung in einer Konzentration von wenigen Gramm pro Liter Fermenta tionslösung an und muß aus dieser Lösung so schonend wie möglich abge trennt werden. Dabei ist zu beachten, daß die wäßrige Fermentationslösung neben einer erheblichen Anzahl weiterer Aminosäuren, Salzen, Zuckern und anderen Inhaltsstoffen als Nebenprodukte der Biosynthese Desacetyl-CPC (D-CPC) und Desacetoxy-CPC (DO-CPC) enthält. Für die Aufreinigung mittels Adsorption ist dabei von großer Bedeutung, daß nur das CPC, nicht aber D-CPC und DO-CPC adsorbiert werden. Die erfindungsgemäßen Aerogele können hierfür mit hoher Selektivität eingesetzt werden, d. h. es wird im wesentlichen nur CPC adsorbiert. Für die Untersuchung wurde ein hydro phobes Aerogel (Partikelgröße 0,1 mm, spezifische innere Oberfläche ca. 500 m²/g) eingesetzt. The adsorption of the antibiotic cephalosporin C (CPC) was investigated as an example of the processing of a pharmaceutical active ingredient from the fermentation solution obtained during its production. CPC is produced in a concentration of a few grams per liter of fermentation solution and must be separated from this solution as gently as possible. It should be noted that the aqueous fermentation solution contains a considerable number of other amino acids, salts, sugars and other ingredients as by-products of the biosynthesis of deacetyl-CPC (D-CPC) and deacetoxy-CPC (DO-CPC). It is very important for the purification by means of adsorption that only the CPC, but not D-CPC and DO-CPC, are adsorbed. The aerogels according to the invention can be used for this with high selectivity, ie essentially only CPC is adsorbed. A hydrophobic airgel (particle size 0.1 mm, specific inner surface approx. 500 m ² / g) was used for the investigation.

Für die Untersuchungen wurde eine Fermentationslösung mit einem CPC-Gehalt von 10 g/l, D-CPC von 2 g/l und DO-CPC von 0,1 g/l eingesetzt. Es wurde insgesamt 1 Liter dieser Fermentationslösung über eine Festfett schüttung mit 100 g Aerogel gepumpt. Danach wurden die adsorbierten Stoffe mit einem Liter Isopropanol ausgewaschen. Die Analyse der Mengen an adsorbierten CPC, D-CPC und DO-CPC erfolgte durch eine HPLC-Mes sung. Zu Vergleichszwecken wurden als Adsorptionsmittel die Harze XAD 16 der Firma Rohm und Haas sowie SP 825 der Firma Mitsubishi Chemicals eingesetzt.A fermentation solution with a CPC content was used for the investigations of 10 g / l, D-CPC of 2 g / l and DO-CPC of 0.1 g / l. A total of 1 liter of this fermentation solution was added to a solid fat fill with 100 g of airgel. After that the adsorbed Washed out fabrics with one liter of isopropanol. The analysis of the quantities on adsorbed CPC, D-CPC and DO-CPC by HPLC measurement solution. For comparison purposes, the resins were used as adsorbents XAD 16 from Rohm and Haas and SP 825 from Mitsubishi Chemicals used.

Die Ergebnisse für die Gleichgewichtsbeladungen des Aerogels in g pro kg Aerogel und die Selektivitäten sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt:The results for the equilibrium loads of the airgel in g per kg Airgel and selectivities are listed in the table below:

Gleichgewichtsbeladung und SelektivitätEquilibrium loading and selectivity

Die Selektivität des Aerogels ist um mehr als 20% besser als bei den Vergleichsadsorptionsmitteln, wodurch eine erheblich bessere Reinigung von CPC ermöglicht wird. Zudem wurde die Gleichgewichtsbeladung des Aero gels bei unterschiedlich CPC-Konzentrationen gemessen. Bei einer CPC-Kon zentration von 2,5 g/l betrug die Beladung 8 g/kg, bei 5 g/l 16,5 g/kg, bei 7,5 g/l 20 g/kg und 10 g/l 23 g/kg.The selectivity of the airgel is more than 20% better than that of the Comparative adsorbents, which makes cleaning of CPC is enabled. In addition, the equilibrium loading of the Aero gels measured at different CPC concentrations. With a CPC con concentration of 2.5 g / l, the load was 8 g / kg, at 5 g / l 16.5 g / kg, at 7.5 g / l 20 g / kg and 10 g / l 23 g / kg.

Claims

1. Use of aerogels as an adsorbent for adsorption a liquid phase.

2. Use of hydrophobic and hydrophilic aerogels as adsorb agent.

3. Use of adsorbents that contain aerogels that are not present as a mixture with activated carbon or activated alumina for adsorption from a gas phase.

4. Process for cleaning liquids, characterized in that the liquids to be cleaned with aerogels as adsorbents for be brought into contact for a period of time for adsorption of impurities contained in the liquids is sufficient.

5. Process for cleaning gases or liquids, characterized records that the gases or liquids to be cleaned with hydropho aerogels in contact as adsorbents for a period of time be brought up for adsorption of in the gases or Contamination contained liquids is sufficient.

6. Process for cleaning gases, characterized in that the Gases to be cleaned with aerogels that are not mixed with active coal or active alumina are present as an adsorbent for one Period to be contacted for an adsorption of in the impurities contained in the gases are sufficient.

7. Process for the isolation of organic compounds from liquids ten, characterized in that the organic compounds containing liquids with aerogels as an adsorbent for one Period to be contacted for adsorption of the sufficient organic compounds, then the aerogels from the Liquids separated and then the organic compounds be separated from the airgel.

8. The method according to claim 7, characterized in that the organi compounds are isolated from aqueous liquids.

9. The method according to claim 8, characterized in that the organi compounds agrochemicals or pharmaceutical agents are isolated from the mother liquors produced during their production will.

10. The method according to claim 9, characterized in that the pharma The active ingredients are antibiotics that come from fermentation solutions be isolated.