Log in  

   

Napjainkban egyre inkább előtérbe kerül a környezettudatosság az iparban és a hétköznapokban. A vállalatoknak egyre szigorúbb környezetvédelmi szabályokat kénytelenek betartani, így a hagyományos oldószeres technológiák mellett egyre szélesebb körben alkalmazzák a „zöld” technológiákat. Egy ilyen környezetbarát lehetőség a szerves oldószerek szuperkritikus szén-dioxidra cserélése. Ez az oldószer a környezetre és az egészségre ártalmatlan, a termékekből maradéktalanul eltávolítható. Felhasználása nem jár szén-dioxid termeléssel, sőt, például ha  olajbányászatban többletolaj kinyerésre használják, ez egyben szén-dioxid tárolást is jelent.

 A CO2 oldószerrel működő technológiák elterjedéséhez elengedhetetlen az eljárásokban előforduló összetételek, nyomások és hőmérsékletértékek mellett a fázisviszonyok pontos ismerete, és a szuperkritikus oldatok áramlástani és hőtani viselkedésének leírása. A fluidumok viselkedését befolyásoló fontosabb paraméterek pl. a sűrűség és a viszkozitás, amelyek a mérnöki szoftverek megalapozott használatához is szükségesek. .

Az ösztöndíjas feladata:

·     Fázisegyensúlyi viszonyok tanulmányozása biner, terner és kvaterner elegyek esetében a nyomás, hőmérséklet és koncentráció függvényében. A homogén fázisok sűrűségének és viszkozitásának meghatározása.

A mért adatok matematikai leírása alkalmasan választott modellekkel, lehetőleg állapotegyenletekkel. Az illeszkedés jóságának kritikai értékelése

 

A munkához rendelkezésre állnak a készülékek és szoftverek a Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszéken (KKFT).

Objectives:

Development of a two-step process, which consists of an initial hydro-alcoholic solvent extraction followed by supercritical fluid extraction, which is able to extract and separate both polar and non-polar active constituents of the plant material.

Two plant materials will be investigated.

Tasks and methodology:

  • Laboratory scale extractions with ethyl alcohol, water and carbon dioxide and optimisation of process parameters by experimental design.
  • Scale up of optimized process to pilot scale.
  • Development and / or implementation of comprehensive analytical methods for characterization of the different fractions.
  • Description of extraction process by simple mathematical models.

Results: plant 1 and plant 2 separately in each cases

  • best available drug raw materials selected
  • optimal conditions of laboratory scale solvent extractions (plant 1 and plant 2) determined
  • scale up of process to pilot scale
  • mathematical description of the processes and critical evaluation of results

 

Planned secondment: Ruhr University of Bochum: 5 months, encapsulation of active compounds

Objectives: development of supercritical diastereomer crystallization methods competitive in efficiency to the traditional solvent based crystallizations and having lower environmental effects.

Tasks and methodology:

  • Literature survey
  • Screening of promising resolving agents for all racemates (4 to 6). Selection of the two best pairs.
  • Measurement of solubility of the selected racemate(s) in CO2 and in CO2-solvent mixtures.
  • Development of the high pressure diastereomeric salt precipitation processes. (separately for the two pairs)
  • Critical evaluation and simple mathematical modelling of results. 

Results:

  • racemate – resolving agent pairs grouped to no salt / no enantioselectivity / poor enantioselectivity / good enantioselectivity groups
  • timeframe of salt formation mapped and analytical methodology developed
  • high pressure diastereomeric salt formation process developed and optimised

Dissemination: 2 papers in international journals, 1 paper in a national journal, 1 presentation at an international conference, 3 presentations at national conferences, 1 presentation at the conference of the doctoral school, involvement 2 times into the Open Day of the university.

Planned secondment: Rubotherm: 3 months, analysis of stability of diastereomers; Univesity of Valladolid: 3 months, feasibility studies on scale up of the developed process

 

Risk assessment: availability of suitable resolving agent might be critical. Cooperation initiated with organic chemical researches may help to overcome the problem if arises. 

Az enzimek és egyéb fehérjék előállítása, alkalmazása a modern iparban mind a vegyipari, mind az orvosi területen nagyon jelentős és innovatív terület. Ezek a fehérjék azonban érzékenyek az extrém hatásokra, mint a magas hőmérséklet, szerves oldószerek, stb. Ennek a limitációnak a feloldására nyújthat a szuperkritikus szén-dioxid megfelelő, környezeti szempontból is előnyös megoldási lehetőséget.

Az ösztöndíjas feladata:

·     Enantioszelektív enzimreakciók vizsgálata szuperkritikus szén-dioxidban.

·     A különféle műveleti megoldások (szakaszos, folyamatos, kétfázisú) összehasonlítása, értékelése.

 

A munkához rendelkezésre állnak a szuperkritikus készülékek és a királis gázkromatográfia a Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszéken.

A szuperkritikus szén-dioxidos extrakció egy modern, környezetkímélő elválasztási módszer. Napjainkban már elterjedten alkalmazzák ipari méretben is, elsősorban élelmiszeripari vagy kozmetikai felhasználású termékek előállítására. Előnye, hogy így tiszta, szerves oldószernyomoktól mentes termék állítható elő, aminek értéke sokkal nagyobb, mint a hagyományos oldószerekkel előállított kivonatoké.

A kutatómunka célja értékes növényi anyagok (pl. antioxidánsok, színezékek) szuperkritikus extrakciójának vizsgálata gyógyászati, kozmetikai és élelmiszeripari célra alkalmas adalékok előállítása céljából. A doktoráns feladata a szuperkritikus extrakció optimális műveleti paramétereinek meghatározása, a termékek (extrakt és maradék) minőségi összehasonlítása a hagyományos módon (vízgőz-desztillációval és oldószeres extrakcióval) nyerhető termékekkel.

 A feladat részletezése

·       A szuperkritikus extrakció műveletének megismerése. A kísérletekhez a BME Vegyipari Műveletek Tanszékén rendelkezésre áll egy 5 dm3 extraktor térfogatú, max. 500 bar és max. 200 °C paraméterekkel üzemeltethető laboratóriumi készülék.

·       Laboratóriumi kísérletek végzése a növényi hatóanyag kinyerésére. Az előkészítés (őrlés, stb.) hatásának vizsgálata az extrahálhatóság és a termék minőségére. Az extrakció üzemviteli paramétereinek (nyomás, hőmérséklet, oldószeráram, extrakciós idő) változtatásával az elválasztás kedvező körülményeinek meghatározása. Analitikus szakember irányításával az extrakt minőségének meghatározása.

·       Az extrakció anyagmérleg egyenleteiből kiindulva egyszerűsített matematikai modellek alapján a művelet számítása.

 

·       A fitoanalitikai vizsgálatok egy része együttműködés keretében a SOTE Gyógynövény- és Drogismereti Intézetében történik.

Napjainkban egyre nagyobb az igény a királis vegyületek optikailag aktív formában történő előállítására, elsősorban a gyógyszeripar területén. Ennek oka, hogy a királis molekulákból felépülő szervezetre az egyes enantiomerek gyakran más-más hatást fejtenek ki, így az új gyógyszerek engedélyeztetésénél a nemzetközi ajánlások alapján előnyt élveznek a csak a kedvező biológiai hatású enantiomert tartalmazó termékek.

 

A reszolválásra egy új lehetőséget biztosít a szuperkritikus szén-dioxidos extrakció illetve a szén-dioixdot alkalmazó kristályosítási eljárások, amely a hagyományos eljárásokhoz viszonyítva környezetkímélő technológiát jelent, és tisztább termék előállítását teszi lehetővé. A módszer világszinten újdonságnak számít, amit részben a Kar kutatói dolgoztak ki illetve alkalmaztak az első között. Az ösztöndíjas ebbe a magas színvonalú kutatómunkába kapcsolódik be. 

Az ösztöndíjas feladata:

·     Gyógyszeripari jelentőséggel bíró racém vegyületekhez megfelelő szelektivitású reszolváló ágensek keresése.

·     A technológia paramétereinek vizsgálata különös tekintettel a mintaelőkészítés és feldolgozás jelentőségének meghatározására.

·     Alkalmasnak tűnő modellvegyületen az oldószerek (szuperkritikus illetve szerves) hatásának vizsgálata az enantiomertisztaságra. A paraméterek optimalizálása. A felismert hatások értelmezése.

 

·     A munkához rendelkezésre állnak a szuperkritikus extraktorok és a Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszéken (KKFT), és a minták vizsgálatához szükséges eszközök a KKFT és a Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszéken.

   
© BME, Research Group on Supercritical Fluids, 2015