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- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-402121
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.40212
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Datum: | 11 Mai 2020 |
| Begutachter (Erstgutachter): | Prof. Dr. Burkhard König |
| Tag der Prüfung: | 10 Mai 2019 |
| Institutionen: | Chemie und Pharmazie > Institut für Organische Chemie Chemie und Pharmazie > Institut für Organische Chemie > Lehrstuhl Prof. Dr. Burkhard König |
| Stichwörter / Keywords: | Deep Eutectic Solvents; Phosphate; Incinerated Sewage Sludge Ash; Spinel Ferrite; Lanthanide; Extraction; Separation; Luminescence |
| Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie |
| Status: | Veröffentlicht |
| Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
| An der Universität Regensburg entstanden: | Ja |
| Dokumenten-ID: | 40212 |
Zusammenfassung (Englisch)
This thesis presents novel approaches and applications for deep eutectic solvents (DESs) based on readily available, renewable, and inexpensive compounds as extraction, reaction and detection media for inorganic compounds. Chapter 1 focuses on the selective extraction of metal salts and oxides, specifically phosphates, from incinerated sewage sludge ash (ISSA) using DESs that are based on ...
Zusammenfassung (Englisch)
This thesis presents novel approaches and applications for deep eutectic solvents (DESs) based on readily available, renewable, and inexpensive compounds as extraction, reaction and detection media for inorganic compounds.
Chapter 1 focuses on the selective extraction of metal salts and oxides, specifically phosphates, from incinerated sewage sludge ash (ISSA) using DESs that are based on natural products. The solubility behavior of the main components of ISSA as well as several metal salts and metal oxides in DESs is investigated and an empirical basis for possible applications is provided. The solubility can partly be correlated with the approximated pH value of the DESs: the tested phosphates and metal chlorides dissolve preferably in DESs containing urea or N,N’-dimethyl urea (DMU), which offer neutral to slightly basic conditions; in general, metal oxides enrich in DESs with carboxylic acids at strongly acidic pH value; and acetates dissolve best in DESs based on choline chloride (ChCl). From these findings, DESs were tested as environmentally friendly extraction media for phosphorus from ISSA. The first results show the feasibility of the approach, which may lead to a low-energy process. With the DES of DMU/mannose, an accumulation of phosphorus up to 31% was achieved, emphasizing the capability of biodegradable DESs as extraction media.
In Chapter 2, DESs are introduced that are able to dissolve metal oxides and are used as reaction media to synthesize spinel-type ferrite nanoparticles MFe2O4 (M = Mg, Zn, Co, Ni). By employing DESs, the reactions towards phase-pure spinel ferrites proceed at much lower temperatures than usual for the respective solid-state reaction of the metal oxides and at the same temperatures as a synthesis with comparable calcination processes using metal salts. Best results for spinel-type ferrite nanoparticles were obtained with the DES consisting of ChCl/maleic acid. The method therefore reduces the overall required energy for the nanoparticle synthesis. The analysis of the cation distribution, particle size, band gap, and morphology showed that the properties of the gained nanoparticles are comparable to particles obtained by other methods, which illustrates the potential of DESs for the processing of metal oxides.
Chapter 3 presents DESs as promising solvents for light rare earth elements (LREE) in solid–liquid separation on one hand and potent media for luminescence measurements of trivalent lanthanide ions in quantitative analysis on the other hand. The spectroscopic characteristics of lanthanide chlorides LnCl3 (Ln = Eu, Tb), respectively their aquo complexes, are described in a comprehensive study that demonstrates the significant enhancement of the phosphorescence emission intensity in DESs as polar and weakly coordinating solvent. Several DESs proved to be a stable environment for luminescent lanthanide ions towards external influences such as changes in temperature and moisture, which gives them an advantage over ionic liquids. It was found that water may even have a supporting role in certain eutectic systems that leads to a further increase in phosphorescence emission. By investigating the solubility of lanthanide sesquioxides Ln2O3 (Ln = La, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy) in DESs, selectivities were identified that provide the basis for subsequent development of a separation process for LREE.
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Diese Arbeit behandelt neuartige Konzepte und Anwendungsmöglichkeiten von tief-eutektischen Lösungsmitteln (DESs) als Extraktions-, Reaktions- und Messmedium für anorganische Verbindungen. Kapitel 1 beschäftigt sich mit der selektiven Extraktion von Metallsalzen und -oxiden mithilfe von DESs, beispielhaft gezeigt für Phosphate aus Klärschlammasche. Es wurden sowohl Lösungsverhalten der ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Diese Arbeit behandelt neuartige Konzepte und Anwendungsmöglichkeiten von tief-eutektischen Lösungsmitteln (DESs) als Extraktions-, Reaktions- und Messmedium für anorganische Verbindungen.
Kapitel 1 beschäftigt sich mit der selektiven Extraktion von Metallsalzen und -oxiden mithilfe von DESs, beispielhaft gezeigt für Phosphate aus Klärschlammasche. Es wurden sowohl Lösungsverhalten der Hauptbestandteile von Klärschlammasche als auch anderer Metallsalze und Metalloxide untersucht und damit eine Grundlage für mögliche Anwendungen geschaffen. Es konnte festgestellt werden, dass zum Teil ein Zusammenhang zwischen der Löslichkeit der Verbindungen in DESs und dem abgeschätzten pH-Wert besteht: Die getesteten Phosphate und Metallchloride lösen sich bevorzugt in DESs, die Harnstoff oder N,N′-Dimethylharnstoff (DMU) enthalten und somit ein neutrales bis leicht basisches Milieu bieten; Metalloxide lassen sich generell eher in DESs mit Carbonsäuren und einem stark sauren pH anreichern; das Lösen von Acetaten hingegen wird durch Cholinchlorid-haltige DES begünstigt. Ausgehend von diesen Erkenntnissen wurden DESs in der Verwendung als umweltfreundliche Extraktionsmittel für Klärschlammasche erprobt. Erste Ergebnisse zeigen die Machbarkeit des Ansatzes, der zu einem Verfahren mit ausgesprochen niedrigem Energieverbrauch führen kann. Mit dem DES bestehend aus DMU und Mannose konnte eine Phosphatanreicherung um 31% erreicht werden, was die Leistungsfähigkeit von biologisch abbaubaren DESs als Extraktionsmedium belegt.
In Kapitel 2 werden DESs genutzt, um Metalloxide zu lösen und mithilfe dieser Suspensionen nanopartikuläre Eisenspinelle (auch bekannt als Ferrite) mit der allgemeinen Formel MFe2O4 (M = Mg, Zn, Co, Ni) zu synthetisieren. Durch die Verwendung von DESs erfolgt die Reaktion bei wesentlich niedrigeren Temperaturen als bei der entsprechende Festphasenreaktion der Metalloxide und bei gleichen Temperaturen, wie bei einer vergleichbaren Kalzinierung von Metallsalzen. Die besten Ergebnisse bei der Herstellung von phasenreinen Eisenspinellen wurden mit dem DES aus Cholinchlorid und Maleinsäure erzielt. Somit kann mit der entwickelten Methode die insgesamt benötigte Energie für die Nanopartikelsynthese reduziert werden. Bei der Analyse von Kationenverteilung, Partikelgröße, Bandlücke und Morphologie der Eisenspinelle konnte zudem gezeigt werden, dass die Eigenschaften der synthetisierten Partikel mit denen, die durch andere Verfahren hergestellt wurden, vergleichbar sind. Zusammenfassend wird das Potenzial von DESs als innovatives Reaktionsmedium für anorganische Verbindungen mit der vorgestellten Methode veranschaulicht.
Kapitel 3 beschreibt DESs als vielversprechendes Lösungsmittel sowohl für Lumineszenzmessungen von dreiwertigen Lanthanoiden in der quantitativen Analyse als auch für die Fest-Flüssig-Trennung von leichten Seltenerdmetallen (LREE). Die spektroskopischen Eigenschaften von Lanthanoidchloriden LnCl3 (Ln = Eu, Tb) bzw. ihrer Aquokomplexe wurden in einer umfangreichen Studie untersucht. Es konnte dargelegt werden, dass es in diesem polaren und schwach koordinierenden Lösemittel zu einer signifikanten Steigerung der Phosphoreszenzintensität kommt. Einige DESs erwiesen sich zudem als stabiles Medium für lumineszente Lanthanoidionen gegenüber äußeren Einflüssen, wie beispielsweise Temperaturänderungen oder Feuchtigkeit, was einen Vorteil gegenüber ionischen Flüssigkeiten darstellt. Die Ergebnisse lassen vermuten, dass Wasser eine unterstützende Funktion im eutektischen System haben kann, die zu einem weiteren Anstieg der Phosphoreszenzemission führt. Anhand von Löslichkeitsversuchen der Lanthanoidsesquioxiden Ln2O3 (Ln = La, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy) in DESs, konnten Selektivitäten identifiziert werden, die für die Entwicklung eines Separationsverfahrens für LREE genutzt werden können.
Metadaten zuletzt geändert: 25 Nov 2020 18:00
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