DE3602822A1

DE3602822A1 - Verfahren zur herstellung von katalysatortraegern sowie der dadurch erhaltene stoff

Info

Publication number: DE3602822A1
Application number: DE19863602822
Authority: DE
Inventors: Mildred Mary Lipuma; John Stuart Robertson
Original assignee: Manville Corp
Current assignee: Celite Corp Lompoc Calif Us
Priority date: 1985-01-31
Filing date: 1986-01-30
Publication date: 1986-08-14
Also published as: GB2185908A; FR2578448A1; DE3602822C2; CA1258450A; JPS61192287A; FR2578448B1; GB2185908B; GB8602718D0

Description

Verfahren zur Herstellung von Katalysatorträgern sowie der dadurch erhaltene Stoff

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für Katalysatorträger sowie die durch dieses Verfahren produzierten Katalysatorträger. Insbesondere betrifft die Erfindung Katalysatorträger, die katalytisch aktive Substanzen v/ie dort inmobilisierte mikrobielle Zellen enthalten.

\ Die Anwendung verschiedener Substanzen als Träger und

in einigen Fällen zur Immobilisierung katalytisch aktiven Materials ist dem Fachmann bekannt. Da katalytisch aktive Substanzen helfen, Reaktionen ablaufen zu las^u sen, die sonst in vielen Fällen thermodynamisch nicht möglich oder ökonomisch nicht praktikabel wären, hat die Suche nach Wegen zur effizienten Anwendung und Pflege solcher katalytisch aktiven Material en zunehmend an Bedeutung gewonnen. Zudem stellen die Kosten der katalytisch aktiven Material en einen selbständigen Gesichtspunkt bei der Entscheidung dar, ob ein den Katalysator verwendendes Verfahren wirtschaftlich verwertet werden soll. Um so mehr besteht Grund, die Anwendung des Katalysators als möglichst wünschenswert zu betrachten.

Einer der wichtigsten Klassen katalytisch aktiver Stoffe oder Mittel, die gegenwärtig sowohl in theoretischen als auch kommerziellen Abhandlungen erforscht und angewandt werden, sind die Enzyme bzw. Fermente. Bekanntlich wirken die Enzyme, die eiweißartig und normalerweise wasserlöslich sind, als Zellwirkstoffe bzw. Biokatalysatoren, welche zur Regulierung vieler und verschiedenartiger , in lebenden Organismen auftretender, chemischer Reaktionen dienen. Die Enzyme können auch isoliert und katalytisch, medizinisch und industriell angewandt werden. So finden sie beispielsweise Anwendung in der industriellen Zubereitung von Nahrungsmitteln, Käse oder Brot sowie bei der Herstellung alkoholischer Getränke. Bei der Herstellung von Hoch~Fructose<-Kornsirup wird die Enzym-Glucose-Isomerase extensiv zur Umwandlung von Glycose in Fructose genutzt.

Da normalerweise die Enzyme wasserlöslich sowie im allgemeinen instabil und deshalb einer Deaktivierung unterworfen sind, sind sie - zwecks Wiederverwendung schwierig von Lösungen direkt zu entfernen, in denen sie verwendet werden. Zudem können sie ihre katalytische Aktivität über ausgedehnte Zeiträume nicht beibehalten. Diese Schwierigkeiten führen bei der Anwendung von Enzymen im kommerziellen Maßstab zu vermehrten Kosten aufgrund der Notwendigkeit des häufigen Ersatzes

des Enzyms. Zur Reduzierung der hohen Kosten des Enzymersatzes wurden verschiedene Verfahren zur Enzym-Immobilisierung vor deren Verwendung erdacht. Diese Immobilisierung des Enzyms erlaubt dessen Wiederverwendung, andernfalls es einer Deaktivierung unterliegen könnte oder in dem Reaktionsmedium, in dem es verwendet wird, verloren geht. Diese immobilisierten Enzym-Systeme können in verschiedenen Reaktionssystemen verwendet werden, z.B. in abgedichteden Kolonen und durchrührten bzw. geschüttelten Tankreaktoren, abhängig von der Art des Substrats, welches man biochemisch reagieren läßt.

Abgesehen von der Immobilisierung der Enzyme selbst sind verschiedenartige Substanzen und Techniken genannt worden, wodurch die Enzyme ohne Isolation immobilisiert werden könnten. Insbesondere können ganze Zellen von Mikroorganismen immobilisiert werden. Dabei wird die mikrobielle Zelle als Träger für das Enzym benutzt und die Notwendigkeit zur Extraktion des Enzyms von der Zelle vermieden.

Ein normalerweise verwendetes Träger- oder Einschlußmaterial für die Immobilisation mikrobieller Zellen ist ein Gel, gewöhnlich ein Alginatgel . Im wesentlichen sind die Zellen in einem dreidimensionallen Polymer-Netz mit relativ großen Zwischenräumen in dem Gel eingeschlossen. Trotzdem blieb die Anwendung solcher Gels nicht ohne Probleme.

Ein Problem bei der Immobilisierung von mikrobiellen Zellen in einem Gel besteht in der auffälligen Tendenz, daß diese ihre Aktivität während der Lagerung oder sonstiger Zeiten der Nichtanwendung, z.B. während des Transports, verlieren. Eine bei Nicht-Verwendung auftretende Schwierigkeit besteht in der Tendenz, daß schmutzende Mikroorganismen sich ausbreiten. Es ist relativ einfach, Gel-immobilisierte Zellen herzustellen, die bei unmittelbarer Verwendung eine hohe Aktivität aufweisen, wobei aber die Aktivität dazu neigt, verhältnismäßig schnell abzunehmen, wenn die mit Gel immobilisierten, mikrobiellen Zellen nicht benutzt werden. Ein grundlegender Nachteil des Gel besteht darin, daß es eine hohe Wasseraktivität aufweist und wahrscheinlich günstige Umgebungsbedingungen für das Wachstum von SchmutzSchimmel, Bakterien und dgl. schafft. Solche Gels sind natürlich nicht wiederverwendbar,

Eine weitere zur Immobilisierung katalytischer Wirkstoffe wie Enzyme und mikrobieller Zellen verwendete Materialart ist ein poröses Korn bzw. Stückchen (Pellet), was primär aus einem Hoch-SiIika-(Kieselerde-) Anteil oder Mischungen aus Silika und Aluminiumoxid (Tonerde) zusammengesetzt ist. Der Hoch-Silika-Anteil ergibt sich aus dem Zusatz eines hochreinen,

kieseligen (siliziumdioxidhalti gen) Materials zur Reaktionsmischung in dem Pelletierungsverfahren. Auf
den porösen Oberflächen der Pellets sind kleine Menge des katalytisch aktiven Wirkstoffes abgelagert. Im
allgemeinen kann die Anwendung eines derartigen Trägers vorteilhaft sein, weil er die Effizienz der Katalysator-Benutzung beträchtlich erhöht. Indem das katalytische Material über eine große Aussenflache des Trägers ausgebreitet wird, wird eine viele größere, katalytisch aktive Aussenfläche den Chemikalien ausgesetzt, deren Reaktion einer katalytisehen Wirkung unterworfen werden sol I.

Bei der Auswahl eines derartigen porösen, anorganischen Materials zur Immobilisierung der Mikroorganismen muß besondere Aufmerksamkeit den Poren bzw. Hohlraumdurchmessern des Trägers gewidmet werden. Die Produktionsziffern werden durch die Konzentration der
Enzyme oder mikrobiellen Zellen und durch deren Diffusionsfähigkeit beträchtlich beeinflußt. Es ist allgemein anerkannt, daß durch Maximierung der Konzentration der mikrobiellen Zellen und durch Annahme der
resultierenden Diffusionsraten sich die größte Effizienz ergibt. Den größten Zusatz mikrobieller Zellen erhält man , wenn die Porendurchmesser mit den Durchmessern der mikrobiellen Zellen abgestimmt sind. Poren, die ein bis fünf mal so groß sind wie die größten mikrobiellen Zellen, schaffen normalerweise die höchsten Produktionsziffern. Bei der Immobilisierung mikrobiel-

ler Zellen beruhen die Porendurchmesser auf den hauptsächlichen Zelldimensionen. Lebende Systeme erfordern zusätzliche Sorgfalt, um einen hinreichenden Raum für die ZeI!-Reproduktion zu gewährleisten.

Ein großer Nachteil bei der Benutzung konventioneller Katalysatorträger auf der Basis von Hoch-Silika besteht darin, daß deren durchschnittlicher Porendurchmesser zu klein ist für die Akkomodierung mikrobieller Zellen. Ihr typischer, durchschnittlicher Porendurchmesser 1st kleiner als ein Mikron. Normalerweise werden Durchmesser von 1 bis 25 Mikron zur Akkommodierung der mikrobiellen Zellen benötigt. Sobald es schwierig wird» ein effektive Anzahl mikrobieller Zellen auf einem typischen Katalysatorträger auf der Basis von Silika zu immobilisieren, läßt natürlich die wirtschaftliche Aktrativität eines derartigen Trägers in kommerziellen Verfahren erheblich nach.

Wegen der genannten Einschränkungen mit sowohl dem Gel als auch den anorganischen Trägern auf der Basis von Silika für die Immobilisierung mikrobieller Zellen wurden Anstrengungen unternommen, einen Träger zu finden, der die genannten Nachteile beseitigen sowie weitere Vorteile bieten würde. Dabei wurde gefunden, daß durch ein Verfahren umfassend die Bildung einer Mischung aus anorganischem Binder, organischem Durchbrand-Material, lösungsmittel, entweder expandiertem Perlit,

kalziniertem Kieselgur (diatomite) oder mit Flußmittel kalziniertem Kieselgur, nachfolgend die Bildung eines Extrudats aus dieser Mischung und dann Trocknung und Kalzinierung ein effizienter Katalysatorträger herstellbar ist, der äußerst wirtschaftlich für die Immobilisierung katalytischer Wirkstoffe, insbesondere mikrobieller Zellen ist. Durch die erfindungsgemäße Eliminierung einer hochreinen Silika-Quelle aus der Reaktionsmischung wird der durchschnittliche Poren¹· durchmesser geeignet gesteuert, so daß er im Bereich von 1-25 Mikron liegt. Dies stellt einen scharfen Kontrast zu den bisherigen Katalysatorträgern dar, worin der resultierende Durchschnittsporendurchmesser viel kleiner ist, und es deshalb schwierig ist, darin die mikrobiellen Zellen zu immobilisieren. Demgegenüber resultiert aus der Erfindung die Herstellung von Katalysatorträgern, deren durchschnittlicher Durchmesser in einem Bereich liegt, der weder zu groß noch zu klein für die effiziente Mobilisierung mikrobieller Zellen ist, wie im Fall von Trägern auf der Basis von Silika.

Der erfindungsgemäße Katalysatorträger ergibt ferner keine Umgebungsbedingungen, worin eine Verminderung der mikrobiellen Aktivität auftritt und mikrobielle Verunreinigungen sich ausbreiten, wie im Fall von Gelen. Ferner sind die erfindungsgemäßen Träger inert, rigide und wiederverwendbar, was deren wirtschaftlichen Wert beträchtlich erhöht. Zudem werden die Träger nach der Erfindung durch ein Verfahren hergestellt, das

wirtschaftliche Ingrediensen verwendet und leicht durchzuführen ist»

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines anorganischen Katalysatorträger zu schaffen, das insbesondere bei der Immobilisierung mikrobieller Zellen nützlich ist. Ferner liegt die Aufgabe der Erfindung in der Schaffung eines durch dieses Verfahren erhältlichen Katalysatorträger ,

Weitere Gesichtspunkte, Aufgaben und mehrere Vorteile der Erfindung sind aus der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ersichtlich.

Gem. einem Ausführungsbeispiel umfaßt deas erfindungsgeroäße Verfahren folgende Schritte:

(a) Bildung einer extrudierbaren Mischung, umfassend:

(i) 20-70 Gewichtsprozent eines Materials, das aus der Gruppe bestehend aus kalziniertem Kieselgur, mit Flußmittel kalziniertem Kieselgur und expandierten Perlit ausgewählt ist; (iij 5-30 Gewichtsprozent anorganisches

Bindemittel;

(iii) (M2 Gewichtsprozent organisches Durchbrand-Material (burnout material); und
(iv) 20*50 Gewichtsprozent Lösungsmittel;

(b) Extrudieren der Mischung durch eine Düse tür Bildung eines Extrudats und dann Trennung des Extrudats in eine Vielzahl Stückchen bzw. Pellets;

(c) Trocknen der Pellets bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 90° bis 260⁰C (200° bis 500⁰F) für etwa 5-30 Minuten; und dann

(d) Kalzinieren der getrockneten Pellets bei einer Temperatur im Bereich von etwa 370° bis 1090⁰C (etwa 700° bis 2000⁰F) für etwa 10-45 Minuten.

Beim erfindungsgemaßen Verfahren umfaßt die Mischung vorzugsweise 30 - 45 Gewichtsprozent des verwendeten Kieseigurs oder Perl its, 10-15 Gewichtsprozent artor·¹ ganisches Bindemittel, 0-12 Gewichtsprozent organisches Durchbrenn-Material (burnout material) und 35-50 Gewichtsprozent Lösungsmittel.

Kieselgur (Diatomeenerde) ist ein kreidiges, sedimentäres Material, das aus skelettartigen Rückständen einzelliger im oder auf dem Wasser lebender Pflanzen - Kieselalgen (Diatomeen ) genannt - zusammengesetzt ist. Viele moderne Kieselgurlager entstanden Jahre zuvor durch Sedimentation in flachen Gewässern. Nachfolgender geologischer Auftrieb hob diese Schichtungen in Stellungen, wo sie heute durch konventionelle Methoden abgebaut werden können. Ablagerungen werden in

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vielen Teilen der Welt gefunden, wobei eine der größten und reinsten Lager an der kalifornischen Zentral küste liegt. An anderen Stellen gibt es momentan seichte Gewässer, wo eine Kieselgur-Ablagerung stattgefunden hat oder derzeit stattfindet. Solche Ablagerungen werden gegenwärtig durch Baggern abgebaut. Eine Analyse typischen _s trockenen Kieseigurs ist in der nachstehenden Tabelle I gezeigt.

Tabelle I

Komponente	Gewichtsprozent
SiO₂ (a)	86.0
Al₂O₃	3.6
Fe₂O₃	1.3
Gruppe I Oxide	1.2
Gruppe Π Oxide	1.1
Anderes	0.5
Wasser	3.0
Glühverlust	3.6

Bemerkung:

(a) vorwiegend in amporpher Form.

Kalziniertes Kieselgur ist ein Kieselgur, das abgebaut, getrocknet, granuliert und in einem (Brenn-)Ofen verarbeitet ist, der bei einer Temperartur im Bereich von ungefähr 870° bis 1300⁰C (ungefähr 1600° F bis 2400⁰F) betrieben ist, Die Kalzinierung führt dazu, daß die

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Kieselgur-Partikel schrumpfen und hart werden, und daß sie sich in einem bestimmten Ausmaß Zu größeren Clusters zusammenballen.

Mit Flußmittel kalziniertes Kieselgur wird durch Zusatz eines Flußmittels zum Kieselgur hergestellt. Das Flußmittel kann als in Wasserstaub enthaltene Lösung oder als Mischwasser hinzugefügt werden. Alternativ kann Flußmittel in Pulverform der Masse der Kieselgur-Partikel beigemengt werden, entweder während der Luftbeförderung des Kieseigurs oder durch trockenes Mischen des Flußmittels und des Kieseigurs in konventionellen Trockenmischgeräten wie Drehtrommeln. Normalerweise macht das Flußmittel eta drei bis ungefähr zehn Gewichtsprozent des Gewichts des trockenen Kieseigurs aus. Typische Flußmittel enthalten Alkalimetall-SaIze wie Natriumkarbonat ("Soda-Asche"), Natriumchlorid, Natriumhydroxyd und Natriumsilikat. Der einschlägige Fachmann kennt ohne weiteres die geeignete Menge an Flußmittel, die bei jeder bestimmten Art von Flußmittel und Kieselgur anzuwenden ist.

Eine auf dem Markt verfügbare Form expandierten Perl its kann bei der vorliegenden Erfindung angewandt werden. Perlit ist Mineral vulkanischen Ursprungs, das allgemein zur rhyoliti sehen Klasse gehört. Die einzigartige Eigenschaft von Perlit besteht darin, daß es mehrere Prozent Hydratationswasser enthält. Wenn das Perlit schnell auf eine Temperatur in der Größenordnung von

870°C (1600⁰F) erwärmt wird, wird das Wasser in Dampf umgewandelt, und das Perlit "geht los" , d.h. es expandiert rapide z.u einer viel niedrigeren Dichte. Der Umfang der Expansion liegt normalerweise in der Größenordnung vom 4 - 20-fachen des ursprünglichen Volumens. Nach der Expansion wird das Perlit gemahlen und klassifiziert, um eine spezifizierte Partikel-Verteilungsgröße zu erzielen. Das in der Erfindung verwendete, expandierte Perlit besitzt eine Dichte von vorzugsweise ungefähr 80-320 kg/m³ (5/20 pounds per cubic foot), wobei ungefähr 190-260 kg/m³ (12-16 pounds per cubic foot) am meisten bevorzugt werden .

Welches Perlit oder Kieselgur auch immer für die vorliegende Erfindung verwendet wird, es dient vorzugsweise zur Bildung einer Masse bzw. eines Kuchens mit einer Permeabilität (permeability) zwischen ungefähr 10 und 2000 Darcy (darcies). Die Masse bzw. der Kuchen wird gebildet, in dem man eine Aufschlemmung mit 20 g des Perl its oder Kieseigurs, was mit 980 g Wasser vermischt ist, durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 325 (mesh screen) bei einer Geschwindigkeit von 3,785 dm³ pro 9.29 dm² (1,0 gallons per square foot) pro Minute fließen läßt.

Eine weitere Komponente für die vorliegende Erfindung ist anorganisches Bindemittel. Allgemein kann jedes marktgängige Bindemittel für die vorliegende Erfindung verwendet werden. Es muß natürlich die erforderliche Stärke besitzen, um die Ingrediensen der Mischung, insbesondere das Kieselgur oder das expandierte Perlit, zu binden.

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Eine Sorte anorganischer Binder, die für die Erfindung verwendet werden kann, ist Ton bzw. Lehm. Beispiele sind Kaolin- und Bentonit-Ton. Kaolin-Ton - manchmal als weißer oder Porzellan-Ton bezeichnet - ist ein weißbrennender Ton, der aufgrund seiner hohen Reinheit einen hohen Schmelzpunkt besitzt. Überdies ist Kaolin-Ton die feuerfesteste Tonart.

Bentonit-Ton ist eine Form von Montmorillonit-Ton. Bentonit-Ton ist wasserhaltiges Aluminumoxid-Silikat, das normalerweise beträchtliche Menge an Natrium, Magnesium und Kalziumoxid enthält.

Eine weitere Klasse verwendbarer anorganischer Bindemittel sind monovalente Silikate. Beispiele hierfür sind Natrium-Silikate und Kalium-Silikate, wobei das Natrium-Silikat bevorzugt ist.

Andere, verwendbare, anorganische Bindemittel sind solche auf der Basis von Phosphorsäure wie Aluminiumoxid-Phosphat und kolloide Suspensionen einschließlich kolloidem Silika, kolloidem Aluminumoxid und kolloidem Zirkoniumoxid.

Geeignete Kombinationen dieser anorganischen Bindemittel sind verwendbar. Bindemittel-Systeme auf der Basis von Ton werden jedoch gegenwärtig bevorzugt.

Erfindungsgemä'ß verwendbare, geeignete organische Durchbrand-Material en (burnout materials) sind beispielsweise Stärke, Zellulose-Fasern, Kornmehl und Kohlenstoffe in Pulverform.

Beispiele für Zellulosefasern umfassen Kraftfasern, Holzfasern, Strohfasern und andere weit offene Faserarten. Zur Erleichterung des Mischens und Extrudierens werden für die Fasern kurze Längen bevorzugt.

Jedes marktgängige Lösungsmittel, das die Mischung der festen Komponenten mit einer extrudierbaren Konsistenz versieht, ist für die Erfindung anwendbar. Diese Lösungsmittel können organisch oder wässerig beschaffen sein, wobei jedoch derzeit ein wässriges Lösungsmittel bevorzugt ist.

Beispiele für geeignete, organische Lösungsmittel sind Kerosin, Dieselkraftstoff und Alkohole.

Die Mischung aus Festkörpern und Lösungsmittel wird nach deren Bildung in der Extrusionsaufgabe in einer konventionellen Extrusionsanlage durch eine Düse extrudi ert, so daß ein Extrudat gebildet wird, von dem einzelne Pellets trennbar sind. Häufig ist es wünschenswert, Schmiermittel oder eine ähnliche Extrusionshilfe der Mischung beizufügen, um die Extrusion zu erleichtern. Dieses Material wird der während der nachfolgenden Trocknung und/öder Kalzinierung aus dem Produkt ausgebrannt, Meist ist das Extrudat ein längliches

strang-oder stabähnliches Material mit kreisförmigen, ovalen oder quadratischen Querschnitt. Um das Abreiben der Pellets bei der nachfolgenden Behandlung zu minimieren, werden kreisförmige Querschnitte bevorzugt. Die Breite oder der Durchmesser der extrudierten Stange beträgt normalerweise näherungsweise 1,5 - 6,35 mm (0.06 bis 0,25 inches) und vorzugsweise näherungsweise 2,9 bis 3,4 mm (0,115 bis 0,135 inches).

Die extrudierte Stange wird normalerweise in näherungsweise deren Durchmesser oder Breite gleiche Abschnitte getrennt, so daß im wesentlichen zylindrische oder kubische Pellets gebildet werden, die näherungsweise in allen Dimensionen gleich sind. Herkömmliche Trennanlagen wie z.B. Drahtmesser sind anwendbar.

Die extrudierten Pellets werden nach deren Bildung in konventionellen Trockenanlagen wie kontinuierliche Bandtrockner getrocknet. Mit einem Drei-Zonen-Trockner, der bei einer Temperatur allgemein im Bereich zwischen ungefähr 90° - 260⁰C (200° - 500⁰F) , vorzugsweise zwischen ungefähr 120° - 230⁰C (250° - 450⁰F) betrieben wird, lassen sich ganz zufriedenstellende Materialen herstellen. Zur Trocknung werden allgemein ungefähr 5-30 Minuten, vorzugsweise ungefähr 10-15 Minuten, benötigt. Die Zeit- und Temperaturverhältnisse müssen derart sein, daß während der Trocknung die gesamte Feuchtigkeit entfernt wird. Nach Vervollständigung der Trocknung werden die Pellets abgekühlt und gesiebt, um diejenigen zu entfernen, die über oder unter dem gewünschten Größenbereich liegen.

Danach werden die getrockneten Pellets in einer Kalzinieranlage wie z.B. einem Drehofen im allgemeinen bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 370° - 1090⁰C (700° - 2000° F) für ungefähr 10-45 Minuten, vorzugsweise bei einer Temperartur im Bereich von ungefähr 760° - 98O⁰C (1400° - 1800° F) für ungefähr 20 - 30 Minuten kalziniert oder gebrannt. Die Kalzinierzeit liegt normalerweise bei wenigstens etwa 10 Minuten und darüberhinaus in der Größenordnung von etwa 20 - 30 Minuten.

Die Kalzinierung in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre sollte solange andauern, bis das gesamte organische Durchbrand-Material , falls vorhanden, aus den Pellets ausgebrannt ist, wobei eine hochporöse Zusammensetzung aus Kieselgur oder Perlit und anorganischem Bindemittel übrig bleibt. Falls gewünscht, kann etwa im mittleren Bereich des Kalzinierungsbrennofens eine zusätzliche Luftzuführung vorgesehen sein, die die Kalzinierung fördert; vor allem eine Luftlanze ist für solch eine Luftzuführung geeignet. Dann können die Pellets gesiebt werden, um das Material mit unrichtiger Größe zu entfernen.

Gem. einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein anorganischer Katalysatorträger vorgesehen, dessen Porendurchmesser besonders geeignet ist zur Immobilisierung mikrobieller Zellen. Dieser anorganische Katalysatorträger ist durch das oben beschriebene, erfindungsgemäße Verfahren herstellbar.

Der mittlere Porendurchmesser des erfindungsgemäßen Katalysatorträgers beträgt zwischen ungefähr 1 und 25 Mikron. Der sich ergebende Katalysatorträger besitzt einen mittleren Porendurchmesser, der zur Immobilisierung mikrobieller Zellen ideal ist.

Im allgemeinen besitzt der erfindungsgemäße Katalysatorträger eine Außenfläche in der Größenordnung von ungefähr 3-20 m²/g, ein Porenvolumen im Bereich von ungefähr 0,6 - 1,2 cmVg und eine Druckfestigkeit von ungefähr 1- 10 kg.

Die erfindungsgemäßen Katalysatorträger sind anwendbar zur Aufnahme jeder geeigneten, katalytisehen Substanz. Sie sind insbesondere nützlich zur Immobilisierung von Biokatalysatoren, insbesondere mikrobieller Zellen. Eine große Vielzahl mikrobieller Zellen einschließlich bakterieller und pilzähnlicher Mikroben kann auf dem Träger durch jedes dem einschlägigen Fachmann bekannte Verfahren immobilisiert werden. Die Immobilisierung tritt normalerweise dann auf, wenn der Träger mit einer wässrigen Suspension mikrobieller Zellen, die dort immobilisiert werden sollen, einfach in Berührung gebracht wird. Es besteht eine natürliche Anziehungskraft zwisehen den mikrowellen ZeI!wänden und dem so hergestellten Träger.

Beispiel

Dieses Beispiel veranschaulicht die Herstellung eines erfi ndungsgemäßen Katalysatorträgers.

Etwa 136 kg (300 lbs.) mit Flußmittel kalziniertes Kieselgur (GELITE HYFLO SUPER CEL - eingetragenes Warenzeichen der Manville Product Corporation) werden mit etwa 45 kg (100 lbs.) Bentonit-Ton, 45 kg (100 lbs.) Zellulosefasern und etwa 170 dm^J (45 gallons) Wasser gemischt und sorgfältig verrührt, so daß eine extrudierbare Konsistenz hergestellt wird. Die Mischung wird dann einem Schraubextruder mit 3,3 mm (0,13 inch) - Löchern in der Düsenplatte zugeführt. Die extrudierte Stange wird in Abschnitten von 3,3 mm (0,13 inch) zu Pellets geschnitten. Diese Pellets werden dann für ungefähr 20 Minuten in einem 18O⁰C (350⁰F)-Ofen getrocknet und danach in einem 790°C-(1450°F)-Drehofen für näherungsweise 20 Minuten kalziniert. Zur Erzielung einer gleichmäßigen Größe werden die resultierenden, kalzinierten Pellets gesiebt. Die physikalischen Eigenschaften der Träger für die Immobilisierung mikrobieller Zellen nützlichen Pellets sind wie folgt: mittlerer Porendurchmesser-2,0 Mikron; Außenfläche-4,0 m^z/g; Porenvolumen-0,9 cm^J/g; und Druckfestigkeit -1,5 kg.

Zweckmäßige, weitere Ausbildungen oder Verbesserungen sind aus der obigen Beschreibung ohne weiteres ersichtlich, ohne dabei vom allgemeinen Erfindungsprinzip abzuweichen.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Bildung eines für die Immobilisierung mikrobieller Zellen nützlichen Katalysatorträgers, gekennzeichnet durch folgende Schritte: (a) Bildung einer extrudierbaren Mischung, umfassend:

(i) 20 - 70 Gewichtsprozent eines Materials, das aus der Gruppe bestehend aus kalziniertem Kieselgur, mit Flußmittel kalziniertem Kieselgur und expandiertem Perlit ausgewählt ist;

(ii) 5 - 30 Gewichtsprozent anorganisches Bin- .**

demittel; *

(iii) 0- 12 Gewichtsprozent organisches Durchbrand-Material; und
(iv) 20 - 50 Gewichtsprozent Lösungsmittel;

(b) Extrudieren der Mischung durch eine Düse zur Bildung eines Extrudats und nachfolgendes Trennen des Extrudats in eine Vielzahl Pellets;

(c) Trocknung der Pellets bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 90° - 260°C (200° 500⁰F) für ungefähr 5-30 Minuten; und danach

(d) Kalzinierung der getrockneten Pellets bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 370° bis 1090⁰C (700° bis 2000⁰F) für etwa 10 - 45 Minnuten.

2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die extrudierbare Mischung folgendes umfaßt: (aJ 30 * 45 Gewichtsprozent eines Materials, das aus der Gpoppe bestehend aus kalziniertem Kieselgur, rait Flußmittel kalziniertem Kieselgur und expandiertem Perlit ausgewählt ist;

(b) 10 bis 15 Gewichtsprozent des anorganischen Bindemittels;

(c) 0 - !2 Gewichtsprozent des organischen Durchbrand*Materials und

(d) 35 - 50 Gewichtsprozent des Lösungsmittels.

3, Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das anorganische Bindemittel Bentonit-Ton ist.

4, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn?ei Ch₁ net, daß das organische Durchbrand-Material Zellulose ist,

5» Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel Wasser ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

daß das Trocknen bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 120° - 23O⁰C (250° - 450⁰F) für ungefähr 10-15 Minuten durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

daß das Kalzinieren bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 760° bis 980⁰C (1400 ° - 1800⁰F) für ungefähr 20 - 30 Minuten durchgeführt wird.

8. Katalysatorträger, erhältlich durch einen Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7.

9. Katalysatorträger nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen mittleren Porendurchmesser zwischen ungefähr 1 und 25 Mikron.

10.Katalysatorträger nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,

daß er wenigstens eine katalytisch aktive Substanz beinhaltet.

It, Katalysatorträger nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die katalytisch aktive Substanz eine mikrobiel-Ie Zelle ist,

)2. Katalysatorträger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß er wenigstens eine katalytisch aktive Substanz beinhaltet»

13» Katalysatorträger nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die katalytisch aktive Substanz eine mikrobieile Zelle ist.