Glycerinreinigung mit Aktivkohle: Vom Rohstoff zum reinen Endprodukt

Glycerin ist ein wahres Multitalent, das in zahllosen Produkten unseres Alltags eine Rolle spielt – sei es in Chemikalien, Lebensmitteln oder Medikamenten. Jedoch ist das frisch gewonnene Rohglycerin in vielen Anwendungen nicht nutzbar. Es kann Verfärbungen aufweisen und unangenehme Gerüche entwickeln, die eine Weiterverwendung erschweren. Hier kommt Aktivkohle ins Spiel, ein essentielles Hilfsmittel, um Glycerin zu reinigen und für die hochwertigen Ansprüche der Industrie nutzbar zu machen.

 

Was ist Glycerin?

 Glycerin (von griech. glykerós „süß“), auch bekannt als Glycerol oder Propan-1,2,3-triol, ist eine ungiftige, leicht süßliche Verbindung, die natürlicherweise in Fetten und Ölen vorkommt. Entdeckt wurde Glycerin im Jahr 1779 vom deutsch-schwedischen Chemiker und Apotheker Carl Wilhelm Scheele, der es bei der Verseifung von Olivenöl mit Bleioxid isolierte.

Physikalisch gesehen ist Glycerin eine farb- und geruchlose, leicht viskose Flüssigkeit, die wasserlöslich ist und einen hohen Siedepunkt aufweist. Chemisch handelt es sich um den einfachsten dreiwertigen Zuckeralkohol mit der chemischen Formel C₃H₈O. Glycerin ist hygroskopisch (wasseranziehend), reaktionsfähig und unter den meisten Bedingungen äußerst stabil.

Aufgrund dieser Eigenschaften, seiner guten Verträglichkeit mit vielen anderen Substanzen und der leichten Verarbeitung kann Glycerin in vielen Bereichen eingesetzt werden.

  Abbildung 1: Eigenschaften von Glycerin. © Donau Carbon
Abbildung 2: Strukturformel Glycerin

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Wie wird Glycerin hergestellt?

Der Großteil des heute auf dem Markt verfügbaren Glycerins wird aus pflanzlichen Quellen gewonnen. Signifikante Mengen an Glycerin enthalten etwa Kokosöl (17 %), Palmöl (11 %), Sojaöl (10 %) und Rapsöl (10 %). Im Vergleich dazu spielen tierische Quellen und die petrochemische Herstellung von Glycerin aus Propen nur noch eine untergeordnete Rolle. Als nachhaltige Alternative zu petrochemischen Methoden gewinnt jedoch die biochemische Glycerinproduktion durch Fermentation von Mikroorganismen an Bedeutung, insbesondere in der biobasierten Industrie. 

 

Verfahren zur großtechnischen Herstellung von Glycerin

Die industrielle Produktion von Glycerin erfolgt hauptsächlich über drei etablierte Verfahren, bei denen Glycerin als Nebenprodukt aus der Verarbeitung von Fetten und Ölen anfällt:
 

1. Verseifung (Nebenprodukt der Seifenherstellung): In diesem Verfahren werden Fette oder Öle durch die Reaktion mit einer starken Lauge wie Natriumhydroxid in Glycerin und Fettsäuresalze (Seifen) umgewandelt. Dabei werden Triglyceride, die Hauptbestandteile von Fetten und Ölen, gespalten und Glycerin freigesetzt.
2. Hydrolytische Spaltung (Nebenprodukt der Fettsäureproduktion): Hierbei reagieren Triglyceride mit Wasser unter Einwirkung von Hitze und einem Katalysator, wodurch es zur Aufspaltung in Glycerin und freie Fettsäuren kommt.
3. Umesterung (Nebenprodukt der Biodieselproduktion): In diesem Prozess werden Triglyceride mit Methanol und einem Katalysator in Glycerin und Fettsäuremethylester (FAME), der Hauptkomponente von Biodiesel, umgewandelt.

In allen drei Verfahren enthält das Rohglycerin Verunreinigungen, die entfernt werden müssen, um ein hochwertiges Endprodukt zu erhalten.



Abbildung 3: Glycerin Herstellungsverfahren. ©  Donau Carbon

 

Technisches Glycerin vs. Pharmaglycerin

Die Qualität des Glycerins und die Art der Herstellung bzw. Rohstoffbasis sind ausschlaggebend dafür, wo es letztlich eingesetzt werden kann. Je nach Reinheit und Verwendungszweck wird es in zwei Hauptkategorien unterteilt: technisches Glycerin (Rohglycerin) und Pharmaglycerin. Während Pharmaglycerin farb- und geruchlos ist, weist Rohglycerin oft eine gelbliche Verfärbung und einen wahrnehmbaren Geruch auf. Auch wird der süße Geschmack durch den höheren Salzgehalt überlagert. Ansonsten weist Rohglycerin die gleichen Eigenschaften auf wie gereinigtes Pharmaglycerin.

 

1. Technisches Glycerin

Für industrielle Zwecke kommt in der Regel Rohglycerin zum Einsatz, dessen Reinheitsgrad üblicherweise zwischen 80 und 85 % liegt. Die Unterschiede in der Reinheit sind auf verschiedene Verunreinigungen zurückzuführen, die während des Herstellungsprozesses im Glycerin verbleiben. Rohglycerin enthält etwa 10 bis 15 % Wasser sowie Farbstoffe, Fettsäurereste, Salze, Katalysatoren und andere Rückstände (MONG), die für industrielle Anwendungen akzeptabel sind.

Anwendungsgebiete:

• Chemikalien: Ausgangsstoff für Epichlorhydrin und andere Chemikalien.
• Frostschutzmittel: Alternative zu Ethylenglykol.
• Kunststoffe und Harze: Verbesserung von Polymeren und Kunststoffen.
• Textilindustrie: Behandlung und Verbesserung von Stoffen.
• Bauindustrie: Weichmacher für Zement und Beton.
• Schmierstoffe und Öle: Leistungssteigerung und Viskositätsregulierung.
• Reinigungsmittel: Effizienzsteigerung und Schaumstabilisierung.
• Landwirtschaft: Pellet-Stabilisator und Futtermittel.
• Solarflüssigkeit: Wärmeübertragung in PV- und ähnlichen Anlagen.

 

2. Pharmazeutisches Glycerin

Für den Einsatz in der Pharma- und Kosmetikindustrie sowie in der Lebensmittelherstellung ist ein reines, möglichst farb- und geruchsloses Produkt erforderlich. Pharmaglycerin wird mit einem Reinheitsgrad von 99,5 % oder höher angeboten und ist frei von nennenswerten Verunreinigungen.
In bestimmten Anwendungen kommt auch Glycerin mit einer Reinheit von etwa 86 % zum Einsatz, beispielsweise als Feuchthaltemittel in Kosmetik- und Pflegeprodukten. Aufgrund ihres stark abgesenkten Schmelzpunktes (-10 °C) und die niedrigere Viskosität (rund 100 mPa·s) ist die 86%-ige Variante technisch leichter zu verarbeiten.

Anwendungsgebiete:

• Lebensmittel und Genussmittel: Als Feuchtigkeitsspender und Süßungsmittel.
• Hautpflegeprodukte: In Feuchtigkeitscremes und Lotionen zur Hydratation und Schutz der Haut.
• Anti-Aging-Produkte: Glättet die Haut und minimiert Falten durch seine hydrophilen Eigenschaften.
• Abführmittel: In Zäpfchen und Einläufen zur Aufweichung des Stuhls bei Verstopfung.
• Medikamentenherstellung: Verbessert die Textur und Stabilität von Arzneimitteln in Lösungen, Sirupen und Tabletten.
• Hustensaft und Mundspülungen: Erhöht die Viskosität und bewahrt Feuchtigkeit.
• Wundversorgung: Erhält die Feuchtigkeit und unterstützt die Heilung von Wunden.

Abbildung 4: In seiner reinen Form ist Glycerin frei von Farb- und Geruchsstoffen.

 

Aktivkohle für die Glycerinreinigung: Granulat oder Pulver?

Mit dem Einsatz geeigneter Aktivkohle zur Reinigung des Glycerins kann sowohl die Verfärbung als auch der Geruch eliminiert bzw. reduziert werden. Die feine Porenstruktur der Aktivkohle „fängt“ die Moleküle der Geruchs- und Farbstoffe durch Adsorption in ihren Poren ein und sorgt so für eine effektive Glycerinreinigung.
 
Donau Carbon bietet hierfür spezielle granulierte Aktivkohle sowie Pulveraktivkohle an:
 

• Granulierte Aktivkohle (GAK): Der Einsatz von körniger Aktivkohle in Festbettfiltern hat sich aufgrund der einfacher zu handhabenden Technologie sowie der Möglichkeit umweltschonender Reaktivierung der verbrauchten Aktivkohle neben dem Einsatz von Pulverkohle durchgesetzt. In der Glycerinreinigung wird bevorzugt auf Epibon®-Aktivkohlen gesetzt, die dank ihrer agglomerierten Steinkohlebasis die optimale Porenstruktur für diese Anwendung aufweisen.
• Pulveraktivkohle (PAK): Ideal für Batch-Prozesse, z.B. bei temporärer Produktion von Pharmaglycerin. Zur Anwendung kommt Aktivkohle der Carbopal®- oder Hydraffin®-Reihe im Einrühr- oder Schichtenfilterverfahren. Bei der Pulverkohleanwendung ist zum Teil eine Mehrfachanwendung durch Rezirkulation möglich.

Mit Donau Carbon Aktivkohle lässt sich eine Reinheit erreichen, die pharmazeutischen Standards entspricht, beispielsweise bei der Veredelung von technischem Glycerin, das als Nebenprodukt bei der Biodieselproduktion anfällt und zu Pharmaglycerin aufbereitet wird.
Zusätzlich stellt Donau Carbon mit den SMARTSORB® Adsorbern eine flexible Lösung bereit, die das Handling von Aktivkohle vor Ort überflüssig macht. Kunden können die gebrauchte Aktivkohle einfach zurückgeben und so erhebliche Investitionen vermeiden.
 
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Abbildung 5: Die Vorteile von Korn- und Pulveraktivkohle im Vergleich. © Donau Carbon

 

Glycerinreinigung: Vom Rohstoff zum hochreinen Endprodukt

Die Auswahl des geeigneten Reinigungsverfahrens für Glycerin richtet sich nach der Beschaffenheit des Rohglycerins, den spezifischen Verunreinigungen sowie dem angestrebten Reinheitsgrad des Endprodukts. In der Regel durchläuft Rohglycerin mehrere Veredelungsschritte, um den gewünschten Qualitätsstandard zu erreichen:

1. Vorbehandlung: Zu Beginn wird das Rohglycerin einer Vorbehandlung unterzogen, um grobe und feste Verunreinigungen zu entfernen (Grobfiltration, Zentrifugation).
2. Neutralisation: Während der Herstellung von Glycerin, insbesondere bei der Umesterung oder Verseifung, können Basen oder Säuren im Produkt verbleiben. Die Neutralisation dient dazu, diese überschüssigen Säuren oder Basen zu neutralisieren, um den pH-Wert des Glycerins zu stabilisieren und unerwünschte Reaktionen in den nachfolgenden Prozessen zu verhindern.
3. Destillation: Nach der Vorbehandlung weist das Rohglycerin in der Regel einen Reinheitsgrad von etwa 80 % auf. Durch Destillation unter reduziertem Druck (Vakuum) wird die Reinheit des Rohglycerins weiter verbessert, indem unerwünschte Stoffe wie Wasser und flüchtige organische Verbindungen verdampft und abgetrennt werden.
4. Aktivkohlebehandlung: Schließlich wird das Glycerin durch Aktivkohle geleitet, um verbleibende Verunreinigungen wie Farbstoffe und Geruchsstoffe zu entfernen. Durch den Einsatz von Aktivkohle im letzten Reinigungsschritt kann aus dem Destillat ein farb- und geruchloses Glycerin in Pharmaqualität hergestellt werden.
5. Weitere Reinigungsstufen: Bei Bedarf folgen zusätzliche Reinigungsschritte, um z.B. den Salzgehalt zu reduzieren (Ionenaustausch) oder feinste Partikel zu entfernen (Polierfiltration, Membranfiltration).

Abbildung 6: Prozess der Glycerinreinigung mit Aktivkohle. © Donau Carbon

 

Fazit: Glycerinreinigung mit Aktivkohle

Glycerin hat sich in vielen Industrien als wertvolle Ressource etabliert. Um die strengen Anforderungen für bestimmte Anwendungen zu erfüllen, muss Rohglycerin umfangreich gereinigt werden. Ein essentieller Schritt in diesem Reinigungsprozess ist der Einsatz von Aktivkohle, um Verunreinigungen wie Farbstoffe und Gerüche effektiv zu entfernen. Darüber hinaus trägt die Möglichkeit der Reaktivierung der Aktivkohle zu einem nachhaltigen und umweltfreundlichen Prozess bei, der in der modernen Produktion zunehmend an Bedeutung gewinnt.

 

FAQ

Was ist Glycerin?

Glycerin, auch Glycerol oder Propan-1,2,3-triol genannt, ist eine farb- und geruchlose, viskose Flüssigkeit, die in natürlichen Fetten und Ölen vorkommt. Es ist ein Zuckeralkohol mit der chemischen Formel C₃H₈O₃.
Die Industrie schätzt Glycerin wegen seiner:

• Hygroskopie: Es zieht Feuchtigkeit an und speichert sie.
• Stabilität: Chemisch robust und stabil.
• Wasserlöslichkeit: Vollständig in Wasser lösbar.
• Unbedenklichkeit: Ungiftig und sicher für Lebensmittel, Kosmetik und Pharma.
• Viskosität: Leicht viskos, nützlich für Textur und Konsistenz.
• Süßlichen Geschmacksnote: Eignet sich als mildes Süßungsmittel.
• Reaktionsfähigkeit: Vielseitig in chemischen Prozessen einsetzbar.
• Umweltfreundlichkeit: Besonders in biobasierten Varianten nachhaltig.

Diese Eigenschaften machen Glycerin zu einem wertvollen Stoff in verschiedenen Industrien.

 

Wie wird Glycerin hergestellt?

Glycerin wird hauptsächlich durch drei industrielle Verfahren hergestellt:

1. Verseifung: Fette oder Öle werden mit Natriumhydroxid zu Glycerin und Fettsäuresalzen (Seifen) gespalten.
2. Hydrolytische Spaltung: Triglyceride reagieren mit Wasser unter Hitze und Katalysator zu Glycerin und freien Fettsäuren.
3. Umesterung: Triglyceride werden mit Methanol und Katalysator in Glycerin und Fettsäuremethylester (Biodiesel) umgewandelt.

Zusätzlich gewinnt die biochemische Fermentation von Mikroorganismen als nachhaltige Methode an Bedeutung.

 

Was ist der Unterschied zwischen technischem Glycerin und Pharmaglycerin?

• Technisches Glycerin: Hat einen Reinheitsgrad von etwa 80–85 % und enthält Verunreinigungen wie Wasser, Farbstoffe und Fettsäurereste. Es wird in der Industrie verwendet, zum Beispiel in Kunststoffen, Frostschutzmitteln und Schmierstoffen.
• Pharmaglycerin: Hat einen Reinheitsgrad von 99,5 % oder höher und ist farb- und geruchlos. Es wird in der Pharma-, Kosmetik- und Lebensmittelindustrie verwendet, zum Beispiel in Hautpflegeprodukten und Abführmitteln.

 

Wie wird Glycerin gereinigt?

Der Reinigungsprozess umfasst mehrere Schritte:

1. Vorbehandlung: Entfernung grober Verunreinigungen durch Grobfiltration und Zentrifugation.
2. Neutralisation: Entfernung überschüssiger Säuren oder Basen zur Stabilisierung des pH-Werts.
3. Destillation: Verbesserung der Reinheit durch Abtrennung von Wasser und flüchtigen Stoffen.
4. Aktivkohlebehandlung: Entfernung von Farbstoffen und Geruchsstoffen durch Aktivkohle.
5. Weitere Reinigungsstufen: Optional zur weiteren Verfeinerung, z. B. durch Ionenaustausch oder Membranfiltration.

 

Welche Aktivkohle wird für die Glycerinreinigung verwendet?

• Granulierte Aktivkohle (GAK): Bevorzugt in Festbettfiltern verwendet, ideal für kontinuierliche Prozesse und Reaktivierung.
• Pulveraktivkohle (PAK): Ideal für Batch-Prozesse und temporäre Anwendungen.

 

Was sind die Vorteile von SMARTSORB® Adsorbern von Donau Carbon?

SMARTSORB® Adsorber bieten eine flexible Lösung für das Aktivkohle-Handling, da sie die Rückgabe der gebrauchten Aktivkohle ermöglichen und keine großen Investitionen in Aktivkohle-Systeme erfordern.