09/12/2015 - Herstellung von Hydroxyapatit aus tierischen Abfällen

Menéame

Unter den verschiedenen Alternativen zur Verwertung tierischer Abfälle, die Herstellung von Hydroxyapatit (Hap) hat Aufmerksamkeit erhalten, da harte Gewebe von Tieren eine natürliche Quelle von Hap darstellen.

Dieses Produkt kann bei der Herstellung von Prothesen, Elektroden oder adsorbierenden Materialien zur Beseitigung von flüssigen und gasförmigen Schadstoffen verwendet werden.

Die Arbeit, veröffentlicht in der Zeitschrift Journal of Materials Science, die auf der Suche nach Lösungen für die hohe Abfallproduktion in den Viehhaltungsbetrieben in der Umgebung und auf der Suche nach einer besseren Verwertung von Schweineknochenabfällen beruht. "Die Verwendung dieser Rückstände als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Hydroxyapatit (Hap) ist attraktiv, da sie ein natürliches Produkt ist, das leicht als Nebenprodukt der Lebensmittelindustrie zur Verfügung steht," erklären die Forscher. Die Anwendung eines ersten Stadiums der Präpyrolyse unter weichen Bedingungen (450oC) ermöglicht die Beseitigung des Weichteils des Knochens (Kollagen, Fett usw.) und die Verbesserung der Wirksamkeit der anschließenden chemischen Behandlung." Diese "schwächt" gerade die Knochenstruktur, so dass im Endstadium der Pyrolyse bei Temperaturen zwischen 600 °C und 800 °C Vergasungsreaktionen begünstigt werden.

Infolge der BSE-Krise wurde die Verwendung von Fleisch- und Knochenmehl zur Fütterung von Rindern in der Europäischen Union verboten. Bei der Suche nach anderen Anwendungen von tierischen Abfällen erwies sich die Pyrolyse als von Interesse, da die Hauptverbindung vielseitig ist, die unter anderem in elektrochemischen Prozessen und in Adsorptionsverfahren verwendet werden kann. Dieser Nutzen hängt weitgehend von seinen texturalen Eigenschaften ab, die durch eine chemische Behandlung vor der Pyrolyse verbessert werden können.

Pyrolyse besteht in der thermischen Zersetzung der Materie ohne Sauerstoff. Das Ziel der Arbeit der Forscher Abteilung für Chemietechnik der Universität des Baskenlandes/Euskal Herriko Unibertsitatea versucht, die Wirksamkeit einer dreistufigen Methode, einschließlich Präpyrolyse (450° C), der chemischen Behandlung und der Pyrolyse von Schweineknochen, zu konkretisieren. Die bisher durchgeführte Forschung konzentrierte sich auf die Untersuchung geeigneter Bedingungen hinsichtlich der Art des Wirkstoffs, seiner Dosierung und der optimalen Temperatur während der Endphase der Pyrolyse.

Die Ergebnisse der UPV/EHU-Ermittler haben gezeigt, dass die für die chemische Behandlung verwendete Substanz die Prozessleistung stark beeinflusst, d. h. das Verhältnis zwischen der ursprünglichen Rückstandsmenge und der endgültigen Produktmenge (Hap). Die Gesamtleistung der Anwendung von Pyrolyse für diesen Patienten liegt im Bereich von etwa 9 bis 68%. Dasselbe gilt für den Imprägnierungsgrad. Eine chemische Behandlung mit alkalischen Substanzen führte beispielsweise zu einer 30%igen Zunahme der Porosität des daraus resultierenden Materials gegenüber der nicht chemisch behandelten Probe. Während eine Äquivalentdosis einer Säurebehandlung die Struktur des Produkts praktisch zerstört und ohne Porosität.

Umfangreiche Anwendungen

Die Richtlinie 2006/12/EG verpflichtet die Mitgliedstaaten, Instrumente zur Verbesserung der Abfallbewirtschaftung bereitzustellen. Daraus ergibt sich der derzeitige Integrierte nationale Abfallplan Spaniens (PNIR), der zu seinen strategischen Leitlinien die Notwendigkeit der Suche nach Formen der Abfallaufwertung sowohl auf staatlicher als auch auf autonomer Ebene festlegt. Mit dem Plan für Abfallvermeidung und -bewirtschaftung im Baskenland 2014-2020 sollen die besten verfügbaren Techniken für die Entwicklung des NIR gefördert werden.

In diesem Zusammenhang schlagen die beschriebenen Forschungsarbeiten vor, agro-pecuarios, insbesondere Tierknochen, durch Umwandlung in Material mit hohem Mehrwert, das überwiegend aus Hydroxyapatit besteht, zu bewerten. Hydroxyapatit (Hap), eine Mischung aus Calciumhydroxiden und -phosphaten (Ca10(PO4)6(OH)2), stellt eine technologisch interessante Alternative dar, da in jüngster Zeit die Vorteile, die sich aus den amphoterischen Eigenschaften ergeben (kann als Säure oder als Basis reagieren), sowie die hohe Ionenaustauschkapazität hervorgehoben werden. So wurde Hap erfolgreich sowohl für biochemische (als Prothesen) als auch für industrielle Anwendungen (z. B. Elektrode, Adsorbenzmittel und/oder katalytische Unterstützung) eingesetzt.

Bei ihren industriellen Anwendungen könnte sie, wenn sie mit ausreichend Porosität ausgestattet ist, als Zusatzmittel für flüssige und gasförmige Abwasserreinigungsverfahren verwendet werden. Die Adsorptionsprozesse sind eine der besten verfügbaren Technologien zur Beseitigung von refraktären Schadstoffen bei biologischen Behandlungen, die üblicherweise in Reinigungsprozessen eingesetzt werden.

Darüber hinaus haben die Professoren an der UPV/EHU begonnen, auch ihre Verwendung als Katalysatorträger zu untersuchen, mit Hilfe von selektiven Kohlenmonoxidoxidoxid-Reaktionen (CO-PROX). Diese Reaktion ist die wirksamste Option für die Entfernung von CO-Strahlen im Strom aus Wasserstoffbatterien. Wasserstoffbatterien werden als zukunftsweisende Alternative zu den derzeit verwendeten Energiequellen betrachtet, da sie die Erzeugung von Treibhausgasen und den Einsatz sogenannter fossiler Brennstoffe wie Erdöl, Erdgas und Erdöl verhindern.

Forschungsgruppe und Arbeitsgruppen

Das an dem Projekt beteiligte Forschungsteam besteht aus zwei Professoren, Bai Iriarte Velasco und José Luis Ayastuy Arizti, und einer stellvertretenden Professorin, Irene Sierra García, die ihre Arbeit an der Fakultät für Pharmazie und an der Fakultät für Wissenschaft und Technologie der UPV/EHU durchführt. Er hat auch an der Studie Lorena Zudaire Villanueva, Schülerin des Grades in Lebensmittelwissenschaft und -technologie teilgenommen. Die Arbeit wird in die Arbeit der TQSA integriert, die derzeit von der konsolidierten Forschungsgruppe für chemische Technologien für die ökologische Nachhaltigkeit entwickelt wird. TQSA hat an verschiedenen Projekten des nationalen FuE-Plans für Umwelt und Europäische Union (TMR-Programm) mitgewirkt und dabei seine Forschung auf Bereiche konzentriert, die eng mit nachhaltiger Entwicklung, Umweltschutz und Öko-Innovation zusammenhängen. Die Gruppe ist Mitglied der Abteilung für Chemietechnik der Fakultät für Wissenschaft und Technologie. Laut dem Internationalen Ranking der NTU-Universitäten 2015, veröffentlicht am 11. Oktober vergangenen Jahres, ist die UPV/EHU im Bereich Chemietechnik die 1. Staatsuniversität, die 14. Universität Europas und die 73. Universität weltweit.

Bibliographische Referenz

Iriarte, Unai; Sierra, Irene; Zudaire, Lorena; Ayastuy, José Luis. Conversion of waste animal bones into porous hydroxyapatite by alkaline treatment: effect of the impregnation ratio and investigation of the activation mechanism. Journal of Materials Science (2015) 50:7568–7582. DOI 10.1007/s10853-015-9312-6.

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UPV/EHU

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