DiMeFu – Dimethylfuran als nachhaltiges Folgeprodukt von 5-Hydroxymethylfurfural: Herstellung und Anwendungen eines biobasierten Lösungsmittels

Vorhaben

In DiMeFu werden folgende Ziele verfolgt:

• Optimierung der Reaktionsbedingungen durch weitere Verbesserung des Katalysators und durch Anpassung der Reaktionsparameter für eine industrielle Produktion von biobasiertem DMF.
• Validierung der kompletten Prozesskette aus Katalysatorsynthese, Reaktionsführung und Produktaufreinigung in größerem Maßstab.
• Charakterisierung des Produktes DMF hinsichtlich seiner Eigenschaften als Lösungs- und Extraktionsmittel sowie Testung und Etablierung von DMF in der Anwendung bei der Produktion von Naturfarben.

Zur Erreichung der Ziele wird das komplette Verfahren der Synthese von Pd-Nanopartikeln auf –NH₂ modifizierten Kohlenstoffträgern aus dem Labor in den größeren Maßstab überführt, um über ausreichend Material für die anschließende Synthese zu verfügen. Dann wird nach Vorgaben aus der Laborstudie die Synthese von DMF aus biobasiertem 5-HMF in einem heterogenkatalytischen Batchprozess vergrößert. Dabei wird besonderer Wert auf die Wahl milder Reaktionsbedingungen sowie auf eine gute Abtrennbarkeit des fertigen Produktes gelegt. Die thermische Aufreinigung des Produktes erfolgt in einem nächsten Schritt.

Daran anschließend wird das Produkt charakterisiert und hinsichtlich seiner Einsatzmöglichkeiten als nachhaltiges Lösungs- und Extraktionsmittel spezifiziert sowie in der Anwendung bei der Naturfarbenproduktion erprobt. Ziel des Projektes ist die Etablierung eines Demonstrators, der die komplette Prozesskette abbildet. Dieser beschreibt und verwendet den effektivsten Katalysator für die Synthese von DMF. Ein wesentlicher Bestandteil des Demonstrators ist die Hochskalierung der Katalysatorsynthese und das Lösen der damit verbundenen Probleme, wie zum Beispiel die Gewährleistung einer homogenen Verteilung der katalytisch aktiven Pd-Nanopartikel.

Weiterhin wird gezeigt, dass 5-HMF erfolgreich mithilfe des in diesem Projekt entwickelten Katalysators unter milden Reaktionsbedingungen (max. 10 bar H₂, und unter 160 °C) hochselektiv zu DMF umgesetzt wird. Dazu sind die auftretenden Transportprozesse bekannt und die exakten Reaktionsparameter so beschrieben, dass eine weitere Hochskalierung möglich ist. Zuletzt beschreibt der Demonstrator neben der Anwendung von DMF als nachhaltiges Lösungsmittel in der Naturfarben- und Lackherstellung eine Vielzahl weitere Anwendungen, wie als Extraktionsmittel für Naturstoffen oder als Lösungsmittel in organischen Synthesen.

Anwendungen

Mögliche Einsatzgebiete für Dimethylfuran, einem unpolaren, vollständig biobasierten Lösungsmittel sind der Ersatz von Hexan bei der Extraktion von Fetten und Ölen. Weiter soll Dimethylfuran auf seine Eignung zur Extraktion verschiedener Naturstoffe getestet werden. Aufgrund der chemischen Struktur eines cyclischen Ethers könnte Dimethylfuran auch als Lösungsmittel für chemische Reaktionen geeignet sein, wo es beispielsweise nur unter besonderen Sicherheitsvorkehrungen einsetzbare Verbindungen wie Tetrahydrofuran oder auch Diethylether ersetzen könnte.