Die Flüssig-Flüssig-Extraktion ist ein Verfahren zur Trennung von chemischen Komponenten in einer flüssigen Phase. Dabei wird die Zielkomponente aus der flüssigen Phase in eine zweite flüssige Phase, dem Extraktionsmittel, überführt. Grundprinzip stellt dabei die unterschiedliche Löslichkeit des Wertstoffs in den beiden Phasen dar. In der Regel handelt es sich bei den beiden Phasen um eine wässrige und eine organische Phase. Anwendung findet die Flüssig-Flüssig-Extraktion in der chemischen Industrie, der Pharmazie, der Parfümerie und der Lebensmittelindustrie.

Die Flüssig-Flüssig-Extraktion wird häufig für die Abwasserreinigung angewendet. Ein bekanntes Beispiel ist die Entfernung von Phenol. Dieses wird als Ausgangsstoff für die Herstellung von Kunststoffen, aber auch für die Herstellung von Acetylsalicylsäure (Wirkstoff von Aspirin®) verwendet. Phenol wirkt sowohl lokal als auch systemisch stark toxisch, was eine Entfernung aus Prozesswassern unabdingbar macht. Mit Hilfe der Flüssig-Flüssig-Extraktion kann das Phenol in Extraktionskolonnen z.B. durch den Einsatz von Methylisobutylketon (MIBK) effektiv entfernt werden. Dabei wird die organische Phase (MIBK) am Fuße der Kolonne und die wässrige (phenolhaltige) Phase am Kopf der Kolonne eingeleitet. Beim Durchlaufen der Kolonne gibt die wässrige Phase das Phenol ab und die organische Phase nimmt es auf.

Die physikalische Extraktion ist in Ihren Grundlagen gut verstanden. Im Fokus der Forschung stehen daher hydrodynamische Aspekte, die die Vorhersage der Tropfengrößenverteilung und des Dispersphasenanteils in der Kolonne ermöglichen. Damit einhergehend sind Grenzflächenphänomene noch nicht vollständig verstanden, wodurch die Auslegung von Extraktionskolonnen erschwert wird. So beschleunigt beispielsweise der Marangonieffekt den Stofftransport von der wässrigen in die organische Phase. Eruptionen an der Phasengrenzfläche beeinflussen die Aufstiegsrichtung und Strömungen entlang der Phasengrenzfläche das Koaleszenzverhalten der Tropfen.

Forschungsbereich

Die bisher genannten Extraktionsverfahren beziehen sich auf physikalische Extraktion, bei der der Wert- bzw. Schadstoff in beiden Phasen löslich ist. Metallionen sind im Allgemeinen nicht in der organischen Phase löslich. Um eine Extraktion dennoch zu ermöglichen, greifen wir auf flüssige Ionenaustauscher zurück. Diese komplexieren das Metallion und machen es somit löslich in der organischen Phase. Diese Art der Extraktion wird dementsprechend Reaktivextraktion genannt.

Im Kontext der Energiewende und der Elektromobilität ergeben sich dringende Fragen des Akkurecyclings. Das Institut für Verfahrenstechnik beschäftigt sich seit einigen Jahren mit der Trennung der in Lithium-Ionen-Akkus enthaltenen Schwarzmasse. Diese besteht hauptsächlich aus Oxiden der Metalle Lithium, Cobalt, Mangan und Nickel. Gegenstand der Forschung ist die ressourceneffiziente Trennung dieser Metalle. Dazu untersuchen wir den Einsatz von Extraktionskolonnen und Membranextraktion für Machbarkeitsstudien. Die Membranextraktion stellt dabei ein besonderes Verfahren dar, dass sich durch eine hohe Phasengrenzfläche, also einer hohen Ausbeute auf kleinem Raum auszeichnet. Darüber hinaus erfolgt die Extraktion nondispers, eine nachgeschaltete Phasentrennung entfällt daher.

Für die Planung und auch das Scale-up von Anlagen verwenden und entwickeln wir computergestützte Modelle für die Computational Fluid Dynamics (CFD) unter Zuhilfenahme von Tropfen-Populationsbilanzmodellen (PBM). 

Für die Forschung stehen uns diverse Apparate sowie Messtechniken zur Verfügung. Dazu zählen eine Kühni DN32 Kolonne, eine Kühne DN100 Kolonne, Mischer-Abscheider-Kaskaden, pulsierte Kolonnen und eine Membranextraktionsanlage. Im Bereich der Messtechnik stehen uns eine ICP-OES, sowie Hochgeschwindigkeitskameras sowie entsprechende Messtechnik zur Bestimmung der Tropfengröße zur Verfügung.