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2021-03-27T15:29:21Z
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openaire
Differenzierung probiotischer Bakterien
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-76077
1867-2868
357419561
ger
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qucosa:812
Die Fourier-Transform-Infrarot-(FTIR)-Spektroskopie ist prinzipiell in der Lage, Mikroorganismen auf Stammesebene zu trennen und zu differenzieren. Das Projekt hat zum Inhalt, bestehende FT-IR-Datenbanken um handelsübliche probiotische Futterzusatzstoffe zu erweitern. Nach der erfolgreichen Erarbeitung einer Datenbank zur sicheren Differenzierung von ubiquitären und probiotischen B. cereus-Stämmen wurden die Datenbanken um probiotische Sporenbildner der Spezies B. subtilis und B. licheniformis sowie um probiotische Milchsäurebakterien (Enterococcus, Lactobacillus, Pediococcus) erweitert. Alle probiotischen Stämme lassen sich sicher von ubiquitär vorkommenden Mikrooganismen der gleichen Spezies trennen, zumeist gelingt auch die Differenzierung der Probiotika untereinander. Diese einfache, preiswerte, schnelle und dennoch exakte Methode stellt einen enormen Fortschritt für die Futtermittelmikrobiologie dar.
Mikrobiologie, Futtermittel, Bakterien
microbiology, animal feed, bacteria
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ddc:660
Wenning, Mareike
Scherer, Siegfried
Mietke-Hofmann, Henriette
Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
2011-10-11
Schriftenreihe des Landesamtes für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
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ddc:540
ddc:660
openaire
Infrarotspektroskopische Charakterisierung plasmamodifizierter Polymeroberflaechen
urn:nbn:de:bsz:ch1-199600050
ger
Die Arbeit gibt einen Ueberblick ueber die wesentlichen Prozesse bei der
Wechselwirkung nichtisothermer Plasmen mit Polymeroberflaechen. Der
Schwerpunkt liegt auf der infrarotspektroskopischen Diagnostik der
Modifizierung der Modellpolymere Polyethylen und Polystyren im direkten
Kontakt mit Hochfrequenzniederdruckentladungen in Argon, Wasserstoff,
Sauerstoff, Stickstoff und Tetrafluormethan. Zur Charakterisierung der
Polymermodifizierung werden speziell entwickelte Praeparations- und in
situ Analyseverfahren auf Grundlage der abgeschwaechten Totalreflexion
sowie der Reflexions-Absorptions-Spektroskopie eingesetzt. Unter
Hinzuziehung weiterer Analyseverfahren und chemischer Derivatisierungs-
reaktionen werden Strukturveraenderungen der Polymeroberflaeche im Ergebnis
unterschiedlicher Plasmabehandlungen charakterisiert. Die Konkurrenz von
Auf- und Abbauprozessen als wesentlicher Aspekt der Dynamik der Polymer-
modifizierung wird herausgestellt. An ausgewaehlten Beispielen werden
strukturelle Besonderheiten der modifizierten Polymeroberflaeche vor und
nach Erreichen stationaerer Verhaeltnisse untersucht. Mittels unterschied-
licher Methoden erfolgt eine Bestimmung von Tiefenprofilen. Eine Reihe
von Experimenten ist auf die Separation der Beitraege einzelner Plasma-
komponenten zur Gesamtwirkung des Niederdruckplasmas gerichtet.
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ddc:540
Infrarotspektroskopie
Plasma-Wand-Wechselwirkung
Niederdruckplasma
Reflexions-Absorptions-Spektroskopie
abgeschwaechte Totalreflexion
modifizierte Polymere
Polymeroberflaechen
Nitschke, Mirko
Technische Universität Chemnitz
1996-07-30
1996-07-30
1996-02-02
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2021-03-29T09:29:53Z
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ddc:540
ddc:660
openaire
Ellipsometrische Untersuchungen an Plasmapolymeren und plasmamodifizierten Polymeroberflaechen
urn:nbn:de:bsz:ch1-199600106
ger
Ellipsometrische Untersuchungen an Plasmapolymeren und plasmamodifizierten
Polymeroberflächen Abstrakt Im Mittelpunkt der Arbeit stehen zwei Prozesse, die auf der
komplexen Wechselwirkung zwischen einem Niedertemperaturplasma und der dem Plasma
ausgesetzten Festkoerperoberflaeche beruhen: Plasmamodifizierung und Plasmapolymerisation.
Mit dem zerstoerungsfreien, optischen Messverfahren der Ellipsometrie koennen
Veraenderungen der makroskopischen optischen Eigenschaften infolge der Plasmaeinwirkung
nachgewiesen werden und so Rueckschluesse auf die Wechselwirkungsprozesse gezogen
werden. Dazu dienen ex situ Spektralellipsometrie (Wellenlaenge = 300 - 800 nm), Ellipsometrie
bei der Anregung von Oberflaechenplasmonen und in situ Ellipsometrie (Wellenlaenge = 632,8
nm), die mit Methoden der Strukturaufklaerung (XPS, SIMS, FTIR) kombiniert werden. Bei der
Plasmamodifizierung von Polyethylen und Polystyren im CF4 und O2 Plasma kommt es durch den
Eintrag neuer funktioneller Gruppen, durch Vernetzung und Aktivierung zu chemischen und
morphologischen Veraenderungen in einer duennen Oberflaechenschicht, die sich in einem
veraenderten Brechungsindex aeussern. Eine Erklaerung fuer die beobachteten Aenderungen ist
ueber die molaren Polarisierbarkeiten der neuen funktionellen Gruppen moeglich. Die
Untersuchungsergebnisse zum Tiefenbereich der Modifizierung sind qualitativ in guter
Uebereinstimmung mit den Eindringtiefen der verschiedenen Plasmaspezies. Bei der
Abscheidung duenner Plasmapolymerschichten dienen in situ und ex situ durchgefuehrte
ellipsometrische Messungen der Aufklaerung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen. Eine
deutliche Abhaengigkeit des Brechungsindex von HMDSO-Plasmapolymerschichten vom
spezifischen Energieeintrag ins aktive Plasmavolumen wird gefunden und modelliert. Durch
nichtstationaere Prozessfuehrung gelingt die Herstellung von Plasmapolymerschichten mit einem
Brechungsindex-Tiefenprofil.
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ddc:660
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ddc:540
Hexamethyldisiloxan
Polymere
Plasmapolymerisation
Niederdruckplasma
Plasma-Wand-Wechselwirkung
Ellipsometrie
Plasmamodifizierung
Polystyren
Polyethylen
duenne Schicht
Oberflaechenanalyse
Brechungsindex
Rochotzki, Ralf
Technische Universität Chemnitz
1996-08-05
1996-08-05
1996-07-09
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2021-03-29T09:30:10Z
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ddc:600
ddc:660
openaire
Charakterisierung des CVD-Beschichtungsprozesses von C-Fasern mit pyro-Kohlenstoff
urn:nbn:de:bsz:ch1-199700058
ger
In der Arbeit werden Moeglichkeiten der Charakterisierung
des Beschichtungsprozesses von C-Fasern mit pyro-Kohlenstoff
vorgestellt. Dabei liegt der Schwerpunkt der Untersuchungen
auf der ramanspektroskopischen Charakterisierung der Ober-
flaechenstruktur von modifizierten Fasern. Die Unter-
suchungen zeigen den Einfluss verschiedener Prozessparameter
(Reaktortemperatur, Gasphasenkonzentration, Auswahl des
jeweiligen Precursors etc.) auf die Oberflaechenstruktur der
abgeschiedenen Schichten.
Der Nachweis einer Vorzugsorientierung der Graphitmikro-
kristallite auf der Faseroberflaeche wird mit verschiedenen
Analysenmethoden durchgefuehrt.
Dabei werden die ramanspektroskopischen Messergebnisse mit
Ergebnissen anderer Methoden (wie Elektronenbeugung und
Elektronenmikroskopie) verglichen.
Waehrend des Beschichtungsprozesses wird die Gasphasen-
zusammensetzung im Reaktor analysiert. Das Zersetzungs-
verhalten von unterschiedlichen Precursoren bei
verschiedenen Temperaturen wird untersucht. Korrelationen
zwischen den einzelnen Precursoren aufgezeigt.
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ddc:660
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ddc:600
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ddc:530
Elektronenmikroskopie
Elektronenbeugung
GC/MS
Ramanspektroskopie
Kohlenstoffasern
Meyer, Norbert
Technische Universität Chemnitz
1997-01-29
1997-01-29
1996-11-22
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2021-03-29T09:30:16Z
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ddc:530
ddc:620
ddc:621.3
ddc:660
ddc:690
openaire
Untersuchung des Einflusses von Temperatur und Luftfeuchtigkeit auf die Mesostruktur von Zementstein mittels Neutronenkleinwinkelstreuung
urn:nbn:de:bsz:ch1-199700124
ger
Abstrakt
Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Doppelkristalldiffraktometer
aufgebaut, das unter anderem auch fuer Kleinwinkelstreuunter-
suchungen an poroesen Materialien, fuer die Untersuchung
neutronenoptischer Komponenten und von Beugungs- und
Brechungserscheinungen an magnetischen Domaenen eingesetzt werden
kann. Das Doppelkristalldiffraktometer setzt sich aus zwei
perfekten Siliciumeinkristallen mit einer asymmetrischen
Anordnung zusammen, die variabel kruemmbar sind. Durch die
Kruemmung des Analysators kann in einem Q-Bereich von 1*10-4 nm-1
bis 2*10-1 nm-1 und durch die Kruemmung des Monochromators mit
einer Aufloesung von 1.5*10-4 nm-1 bis 4.5*10-3 nm-1 gemessen
werden. Dadurch ist es moeglich, Messungen ueber einen grossen
Q-Bereich an einem Geraet durchzufuehren. Durch die Verwendung
eines ortsaufloesenden Detektors kann das gesamte Spektrum
simultan erfasst werden, dadurch sind zeitaufgeloeste Messungen
von einigen Minuten moeglich. In der Dissertation wurde die
zeitliche Entwicklung der inneren Struktur von Zementstein
waehrend der Hydratation unter dem Einfluss unterschiedlicher
Temperaturen und verschiedener Luftfeuchtigkeiten untersucht.
Die beiden Parameter beeinflussen ueber die Struktur des
Zementsteins die bautechnischen Eigenschaften, wie Festigkeit,
Korrosionsbestaendigkeit und Durchlaessigkeit fuer Flaessigkeiten
und Gase. Der Einfluss dieser beiden Parameter auf die
Teilchengroessenverteilung wurde ueber einen Zeitraum bis zu 260
Tagen verfolgt. Dabei wurde die Temperatur in einem Bereich von
10oC bis 50oC bei einer relativen Luftfeuchte von 76% variiert.
Die Untersuchungen zum Einfluss der relativen Luftfeuchtigkeit
auf die Strukturentwicklung fanden bei einer Umgebungstemperatur
von 23oC statt, die relative Luftfeuchtigkeit variierte zwischen
11%, 56%, 76% und 100%.
Schlagwoerter: Neutronenkleinwinkelstreuung;
Groessenverteilungsfunktion; Doppelkristall-
diffraktometer; Parameterbestimmung;
System Zementstein; Hydratation; Einflussgroessen;
Strukturaenderungen
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ddc:690
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ddc:530
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ddc:620
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Neutronenkleinwinkelstreuung, Doppelkristalldiffraktometer, Hydratation von Zementstein, Einfluss von Temperatur und Luftfeuchtigkeit
Hempel, Angela
Technische Universität Chemnitz
1997-03-06
1997-03-06
1996-07-19
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doc-type:doctoralThesis
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2021-03-29T09:30:30Z
qucosa:ubc
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
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ddc:540
ddc:660
openaire
Fluoreszenzkurzzeitspektroskopie an Plasmapolymerschichten mit eingelagerten Farbstoffmolekuelen
urn:nbn:de:bsz:ch1-199700294
ger
Durch alternierende oder simultane Plasmapolymerisation und Farbstoffsublimation wurden
Plasmapolymerschichten mit eingelagerten Farbstoffmolekülen hergestellt. Als Farbstoff wurde
Rhodamin 6G verwendet.
Die Absorptions- und Fluoreszenzcharakteristika der Schichten wurden untersucht und
mit denen einfacher Farbstoffschichten verglichen. Dabei wurde die Menge der
eingelagerten Farbstoffmoleküle variiert. Es zeigt sich, daß sich die Absorptionsbande
des eingelagerten Farbstoffs bei den unterschiedlichen Schichten kaum verändert.
Die Fluoreszenzspektren der Schichten mit wenigen eingelagerten Farbstoffmolekülen
zeigen dasgleiche Verhalten wie Rhodamin 6G in Lösung. Mit steigender Farbstoffmenge
wird die Fluoreszenzbande rotverschoben und es entsteht eine weitere Fluoreszenzbande.
Diese wird mit Hilfe eines sequentiellen Energietransfers zu modifizierten Molekülen
beschrieben.
Mit Hilfe der zeitaufgelösten Fluoreszenzspektroskopie konnte der zeitliche Verlauf
der Fluoreszenzintensität gemessen werden. Dabei ist der Fluoreszenzzerfall deutlich
nicht-exponentiell. Die Zerfallskurven wurden mit einer gestreckten Exponentialfunktion
angepaßt.
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ddc:660
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ddc:540
info:eu-repo/classification/ddc/530
ddc:530
Absorption
Transmission
gestreckte Exponentialfunktion
Energietransfer
zeitaufgelöste Fluoreszenzspektroskopie
Fluoreszenzspektren
Reflexion
Rhodamin 6G
Farbstoffmoleküle
Plasmapolymerschichten
Homilius, Frank
Technische Universität Chemnitz
1997-07-04
1997-07-04
1997-05-29
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doc-type:doctoralThesis
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2021-03-29T09:30:44Z
qucosa:ubc
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
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ddc:600
ddc:660
openaire
Abscheidung von SiC und SiC + Si auf Kohlenstoffsubstraten und deren chemische Oberflaechenmodifizierung
urn:nbn:de:bsz:ch1-199700458
ger
Systematische Untersuchungen zur Abscheidung von Siliciumcarbid und Siliciumcarbid mit coabgeschiedenem Silicium auf Kohlenstoffsubstraten werden in dieser Arbeit vorgestellt.
Die Abscheidung erfolgte mittels thermischer CVD in einer CH3SiCl3-H2-Ar-Atmosphaere.
Dabei koennen neue Zusammenhaenge zwischen den Schichteigenschaften, wie chemische Zusammensetzung und Struktur, und den Beschichtungsparametern gewonnen werden.
In einem zweiten Schritt kann das coabgeschiedene Silicium durch eine thermische Nitridierung in Siliciumnitrid umgewandelt werden.
Bei dieser Reaktion reagiert auch die Siliciumcarbidschicht zu Siliciumnitrid.
Ueber den Umweg des Titanium-Einbaus in das SiC + Si-Schichtsystem - dabei bilden sich bei der Beschichtungstemperatur Titaniumsilicide - konnte eine Mischschicht angeboten werden, die das coabgeschiedene Silicium selektiv in Siliciumnitrid umwandelt.
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ddc:660
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ddc:600
Methyltrichlorsilan
Coabscheidung von Si
SiC
Thermische CVD
Nitridierung
Oberflaechenmodifizierung
Selektive Hochtemperaturreaktionen
Neuhaeuser, Jens
Technische Universität Chemnitz
1997-12-11
1997-12-11
1997-10-07
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doc-type:doctoralThesis
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2021-03-29T09:30:52Z
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ddc:540
ddc:660
openaire
Oberflaechenfunktionalisierung synthetischer Kieselsaeuren: Beitrag zur Erzeugung und Charakterisierung von Silan- und Phenylgruppen auf Siliciumdioxidoberflaechen
urn:nbn:de:bsz:ch1-199800075
ger
Die Arbeit enthaelt kurze Abrisse zum gegenwertigen Kenntnisstand bezueglich der Struktur und der Eigenschaften von amorphen Siliciumdioxiden sowie zur Erzeugung von Silan- und Phenylgruppen auf Siliciumdioxidoberflaechen. Im Mittelpunkt der Arbeit steht die Oberflaechenfunktionalisierung des Aerosil 300 aus der Gasphase bei hohen Temperaturen. Es wird die Reaktion des Wasserstoffs mit den Silanolgruppen zu Silangruppen und deren Umsetzung mit Benzol untersucht. Die IR-Spektroskopie wird zur Verfolgung des Einflusses der Reaktionsparameter (Temperatur, Zeit und Volumenstroeme der Gase) auf das Ergebnis der Funktionalisierung eingesetzt. Neben der IR-Spektroskopie wird auch die Festkoerper-NMR-Spektroskopie zur Strukturaufklaerung genutzt. Weiterhin werden die erzeugten Oberflaechengruppen quantitativ bestimmt und die molaren dekadischen Extinktionskoeffizienten fuer die Valenzschwingung der Silangruppen bei 2293 cm-1 und der Phenylgruppen bei 3068 cm-1 berechnet. Die Hydrolysebestaendigkeit sowie die thermische Stabilitaet der Oberflaechensilane und -phenyle wird ueberprueft. Außerdem werden Aussagen zu den Eigenschaften der Oberflaechen-Si-H-Bindung getroffen. Dann wird gezeigt, daß auch auf Kieselgeloberflaechen Silan- und Phenylgruppen erzeugt werden koennen.
info:eu-repo/classification/ddc/540
ddc:540
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Kieselsaeure, Siliciumdioxid, Aerosil, Oberflaechenfunktionalisierung, Oberflaechenmodifizierung, Silanolgruppen, Si-OH-Gruppen, Silangruppen, Si-H-Gruppen, Phenylgruppen, IR-Spektroskopie, molarer dekadischer Extinktionskoeffizient, Festkoerper-NMR-Spektroskopie
Heger, Katrin
Technische Universität Chemnitz
1998-03-27
1998-03-27
1998-03-03
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doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
https://monarch.qucosa.de/id/qucosa%3A17384
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2021-03-29T09:31:20Z
qucosa:ubc
doc-type:doctoralThesis
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ddc:620
ddc:621.3
ddc:660
openaire
Herstellung und Charakterisierung von Kohlenstoffnitridschichten
urn:nbn:de:bsz:ch1-199800430
ger
¨Herstellung und Charakterisierung von Kohlenstoffnitridschichten¨
Technische Universitaet Chemnitz, Institut fuer Physik, Dissertation, 1998
(121 Seiten; 61 Abbildungen; 17 Tabellen; 148 Literaturzitate)
Spaeth, Christian
Mit einem neuartigen Abscheidungsverfahren, der gefilterten
Vakuumbogenverdampfung von Graphit in einer Stickstoffatmosphaere, kombiniert
mit einer Kaufman-Ionenquelle, wurden Kohlenstoffnitridschichten abgeschieden.
Es wurde untersucht, wie sich die Wahl der Schichtabscheidungsparameter auf
die Schichtstruktur und -eigenschaften der erzeugten
Kohlenstoffnitridschichten auswirkt. Dies geschah insbesondere im Hinblick auf
die Herstellung von beta-C_3N_4.
Trotz einer breiten Variation der Beschichtungsparameter konnte der
Stickstoffgehalt in den Schichten nicht ueber 35 At.% angehoben werden. Die mit
ERDA und Profilometrie ermittelte Dichte der Schichten reduziert sich von 2,9
g/cm^3 bei reinen Kohlenstoffschichten auf 2,0 g/cm^3 bei maximalem
Stickstoffgehalt.
Dies ist in Uebereinstimmung mit Ergebnissen aus der TEM-EELS-Spektrometrie.
Die sigma-Plasmonenenergie verringert sich von 30,5 eV auf 26,0 eV und das
pi-Plasmon gewinnt deutlich an Intensitaet hinzu. Das starke Anwachsen des
Pi*-Vorpeaks an der C1s-Kante zeigte, dass die Verwendung von Stickstoff im
Prozess nicht zu einer Stabilisierung von Kohlenstoff sp^3-Bindungen fuehrt,
wie dies fuer die Bildung von beta-C_3N_4 notwendig waere.
Aus TEM-Untersuchungen in Hochaufloesung und im Beugungsmodus ergab sich,
dass das Material amorph ist. Jedoch liessen Raman-Untersuchungen eine Tendenz
zur Ausbildung einer graphitischen Ordnung auf sehr kleiner Skala bei erhoehter
Substrattemperatur und intensiviertem N-Ionenbeschuss vermuten.
Durch die Messung der mittleren Zahl von naechsten Nachbarn, der mittleren
Bindungslaenge und des mittleren Bindungswinkel mittels Neutronenbeugung
konnte gezeigt werden, dass die diamantartige Nahordnung bei geringen
Stickstoffgehalten in eine graphitartige Nahordnung bei hoeheren
Stickstoffgehalten uebergeht.
Diese Ergebnisse deuten auf ein durch sp^2-Bindungen dominiertes Netzwerk bei
hohen Stickstoffgehalten hin. Es ist daher sehr wahrscheinlich, dass, zumindest
mittels der ionenassistierten Vakuumbogenverdampfung, die Herstellung von
beta-C_3N_4 nicht moeglich ist.
Davon unabhaengig weisen amorphe CN_x -Schichten mit ca. 20 At.% Stickstoff
interessante mechanische Eigenschaften auf. Bei einer Haerte vergleichbar zu
c-BN sind sie aeusserst bruchzaeh.
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Dünne Schicht
Röntgen-Photoelektronenspektroskopie
Elektronenmikroskopie
Vakuumlichtbogen
Elektronen-Energieverlustspektroskopie
Neutronenbeugung
Röntgenbeugung
Mechanische Eigenschaft
Mikrostruktur
Breitstrahl-Ionenquelle
b-C3N4
Spaeth, Christian
Technische Universität Chemnitz
1998-10-27
1998-10-27
1998-09-08
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2021-03-29T09:32:45Z
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openaire
Beitrag zur Entwicklung von Herstellverfahren für ein stoßabsorbierendes Verpackungsmaterial auf Basis von Getreidekleie
urn:nbn:de:bsz:ch1-199801474
ger
Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines bio-
logisch abbaubaren Materials zur Stoßabsorp-
tion aus Getreidekleie sowie von Herstellver-
fahren dazu. Es wird eine Materialzusammen-
setzung angegeben, mit der gute Ergebnisse
erzielt werden können. Zur Herstellung werden
die Grundschritte eines möglichen Verfahrens
untersucht. Es werden zwei verschiedene
Formgebungsverfahren, Pressen und Spritzen,
untersucht. Zudem werden zu den Zusammen-
setzungen Materialkennwerte bestimmt.
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Kleie
Verfahren
Weizenkleie
Verpackungshilfsmittel
Polster
biologisch abbaubar
Ansorge, Thomas
Technische Universität Chemnitz
1998-11-07
1998-11-07
1998-10-09
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openaire
Plasmadiagnostische Charakterisierung der Magnetronentladung zur c-BN-Abscheidung
urn:nbn:de:bsz:ch1-199900066
ger
Die Abscheidung dünner Schichten mit Hilfe von plasmagestützten Verfahren hat in den letzten Jahrzehnten als Technik zur Oberflächenveredelung und zur Herstellung funktioneller Schichten stark an Bedeutung gewonnen. Die Nichtgleichgewichtsbedingungen im Entladungsraum und an der Oberfläche der wachsenden Schicht ermöglichen die Synthese neuartiger Materialien. Dazu gehören Hartstoffschichten, unter denen das kubische Bornitrid derzeit Gegenstand intensiver weltweiter Forschung ist. Der Abscheideprozeß ist außerordentlich komplex und daher bis heute nicht im Detail verstanden. Eine Optimierung erfolgt daher häufig über zeitaufwendige Trial-and-Error-Methoden. Mit Hilfe der Plasmadiagnostik sind elementare Prozesse und Teilchen bestimmbar, die Aussagen über die Teilchenströme am Ort des Schichtwachstums gestatten. Damit ergibt sich die Möglichkeit der gezielten Beeinflussung und Steuerung der Schichtabscheidung.
In der vorliegenden Arbeit wird die zur Herstellung von kubischen Bornitridschichten genutzte Magnetronentladung untersucht. Dabei werden mit der LANGMUIR-Sonde, der optischen Emissionsspektroskopie und der laserinduzierten Fluoreszenz drei plasmadiagnsotische Verfahren kombiniert eingesetzt. Basis der Charakterisierung des Abscheidprozesses sind Untersuchungen zu elementaren Vorgängen in der Entladung. Dabei kann ein starker Einfluß des verwendeten Arbeitsgases (Ar + N2) auf die Anregung und Ionisation der abgestäubten Boratome beobachtet werden. Weiterhin wird ein Einfluß metastabil angeregter Argonatome auf die Anregung der Stickstoffmoleküle und höher angeregter Argonzustände festgestellt. Räumlich aufgelöste LANGMUIR-Sondenmessungen zeigen eine starke Erhöhung und Inhomogenität der Ladungsträgerdichte im Bereich vor dem Substrat, die auf ein unbalanciertes Magnetron schließen lassen. Aufbauend auf den plasmadiagnostischen Messungen wird die Abscheidung der Bornitridschichten beschrieben. Dabei wird besonders auf die Teilchenströme, die auf das Substrat treffen, eingegangen. Aus dem Ionenstrom und dem Strom der Boratome auf das Substrat erfolgt die Einführung eines Skalierungsparameters, welcher die Bildung der kubischen Phase des Bornitrids beschreibt. Seine Abhängigkeit von externen Prozeßparametern wird untersucht.
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ddc:530
Niederdruckentladung
Plasmadiagnostik
Laserinduzierte Fluoreszenz
LANGMUIR-Sonde
Optische Emissionsspektroskopie
DC-Magnetronzerstäubung
HF-Magnetronzerstäubung
dünne Schichten
kubisches Bornitrid
hexagonales Bornitrid
Welzel, Thomas
Technische Universität Chemnitz
1999-02-14
1999-02-14
1998-12-15
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2021-03-29T09:33:03Z
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openaire
Röntgenstrukturuntersuchungen von Oxinitridschichten auf Chrom- und Zirkoniumbasis
urn:nbn:de:bsz:ch1-199900141
ger
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden Röntgenanalysen an dünnen Schichten,
die mittels reaktiver Magnetronzerstäubung hergestellt wurden, durchgeführt.
Zuerst werden die theoretischen Grundlagen der Röntgenanalyse und der Herstellungsmethode behandelt.
Es folgen Experimente an auf Chrom- und auf Zirkonium-basierenden Oxinitridschichten.
Die strukturelle Charakterisierung der Schichten mittels Röntgendiffraktometrie und -reflektometrie wird vorgestellt.
Die Messungen der Schichtstöchiometrie und Beschichtungsrate werden ebenfalss dargestellt.
Anschliessend kommt eine Diskussion.
Die Zusammenhänge zwischen den Herstellungsbedingungen und den beobachteten strukturen werden erläutert.
Ein Modell zur reaktiven magnetronzerstäubung wird für den Fall der Kontrolle mit Flüssen angewandt.
This work deals with X-ray analysis of thin films,
The films were obtained with magnetron sputtering PVD method.
The theoretical basis of the X-ray analysis and of the deposition method are presented.
Experiments on chromiumoxinitride and zirconiumoxinitride are then presented.
X-ray analysis consists in diffratometrie and reflectometrie.
The composition of the coatings and the deposition rate are also presented.
The relation between the deposition parameters and the observed structures is then discussed.
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Dünne Schicht
Röntgenstrukturanalyse
Magnetronsputtern
Härte
Modellierung
Korngröße
Oxinitrid
Vorzugsorientierung
Collard, Stéphane
Technische Universität Chemnitz
1999-04-16
1999-04-16
1999-03-11
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2021-03-29T09:33:30Z
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openaire
Partielle Gasphasen-Hydrierung von 2-Butenal zu 2-Butenol an Pt/TiO2- und Pt-Sn/TiO2-Katalysatoren
urn:nbn:de:bsz:ch1-199900597
ger
In vorliegender Arbeit wurden Katalysatoren für die heterogen katalysierte Selektivhydrierung von kurzkettigen alpha,beta-ungesättigten Aldehyden, im besonderen Crotonaldehyd, zu den ungesättigten Alkoholen entwickelt und optimiert. Dabei erwiesen sich SMSI-Katalysatoren (Pt/TiO2, Ir/TiO2) und bimetallische Katalysatoren (Pt-Sn/TiO2, Pt-Sn/Al2O3, Pt-Fe/TiO2) als am geeignetsten.
Diese Katalysatoren wurden durch Ionenaustausch-, Incipient-Wetness-, Controlled-Surface-Reaction-Methode bzw. Immobilisierung von Pt- und Pt/Sn-Kolloiden als Präparationstechniken hergestellt. Als Einflußgrößen auf die Hydrierung wurden Metallgehalt, Dispersität, Gehalt und Oxidationsstufe des Zweitmetalls, die Titandioxid-Modifikation der Träger sowie das Desaktivierungsverhalten untersucht. Als Charakterisierungsmethoden für die Katalysatoren wurden hauptsächlich ICP-AES, N2-Physisorption, XRD, ESR, HRTEM, H2- und CO-Chemisorption sowie XPS genutzt. Die höchste Ausbeute an Crotylalkohol wurde mit 40% an einem 1,20Pt/TiO2(P*)-Kolloidkatalysator im SMSI-Zustand erreicht.
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ddc:540
Heterogene Katalyse
Katalytische Hydrierung
Aldehyde
Platin
Zinn
Titandioxid
Desaktivierung
Crotonaldehyd
Crotylalkohol
SMSI-Katalysatoren
bimetallische Katalysatoren
Kolloide
Schimpf, Sabine
Technische Universität Chemnitz
1999-12-09
1999-12-09
1999-07-29
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2021-03-29T09:34:56Z
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openaire
Untersuchungen zur Thermolyse der CVD-Precursoren Methyltrichlorsilan und Trimethoxyboran
urn:nbn:de:bsz:ch1-200100127
ger
In dieser Arbeit werden Mechanismen zur thermischen CVD von Siliciumcarbid aus
Methyltrichlorsilan (MTS) und von Bornitrid aus Trimethoxyboran-Ammoniak-
Gasmischungen diskutiert. Dazu werden die gebildeten Schichten und die entstehenden
Reaktionsgasphasen in Abhängigkeit von den Prozeßparametern Temperatur und
Eduktgaszusammensetzung untersucht. Durch Zusatz der bei der MTS-Thermolyse
entstehenden gasförmigen Produkte zum Eduktgasstrom können Korrelationen zwischen den
Produktkonzentrationen in der Gasphase und deren Einfluß auf die abgeschiedenen Schichten
aufgezeigt werden. An Hand dieser Ergebnisse wird für die MTS-Thermolyse ein
Reaktionsschema aufgestellt, welches sowohl primäre und sekundäre Gasphasenreaktionen
als auch Oberflächenreaktionen umfaßt. Darauf aufbauend wird eine Methode zur Ermittlung
der Schichtzusammensetzung durch Analyse des Reaktionsabgases vorgestellt und mit den
Ergebnissen der ESMA-Untersuchungen verglichen.
Im zweiten Teil der Arbeit wird der Einfluß von Ammoniak auf die Thermolyse von
Trimethoxyboran und die dabei entstehenden Schichten untersucht. Die Charakterisierung der
Bornitrid/Boroxid-Schichten erfolgt durch Ramanspektroskopie. Zur qualitativen Analyse
dünner BN-Schichten auf faserförmigen Substraten wird der Einsatz von
oberflächenverstärkter Ramanspektroskopie vorgestellt.
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ddc:660
Siliciumcarbid
Bornitrid
MOCVD-Verfahren
Gaschromatographie
Infrarotspektroskopie
Raman-Spektroskopie
Methyltrichlorsilan
Trimethoxyboran
Mechanismus
Thermolyse
Heinrich, Jens
Technische Universität Chemnitz
2001-02-22
2001-02-22
2001-12-19
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openaire
Herstellung SiC-haltiger Verbundschichten für hochbeanspruchte Bauteile und Werkzeuge mittels des HVOF - Verfahrens
urn:nbn:de:bsz:ch1-200100487
ger
Ziel des Forschungsvorhabens ist es, unter der Verwendung des Hochgeschwindigkeitsflammspritzens (HVOF) und neu entwickelten SiC - Verbundpulvern hoch SiC - haltige Spritzschichten für den kombinierten Verschleiß- und Korrosionsschutz herzustellen.
Da sich SiC in reiner Form spritztechnisch nicht verarbeiten lässt, besteht zunächst die Aufgabe SiC - Verbundpulver zu entwickeln, in denen Reaktionen der SiC - Partikel mit Matrix während der spritztechnischen Verarbeitung weitgehend vermieden werden, und eine gute Benetzung der SiC - Partikel erfolgt. Auf der Grundlage phasentheoretischer Überlegungen werden unterschiedliche Matrixlegierungen für das Herstellen neuartiger SiC - Verbundpulver entwickelt. Eine Grundlage dieser theoretischen Untersuchungen ist eine umfassende Literaturrecherche zum Benetzungsverhalten von Siliziumkarbid sowie das Ermitteln spezifischer Materialkennwerte.
Die Untersuchungen zeigen auf, dass die Zersetzung von SiC im Bereich der Primärkristallisation der entsprechenden Matrixlegierungen erfolgt. Legierungszusammensetzungen, die Legierungszustandspunkte außerhalb der die Primärkristallisation begrenzenden eutektischen Rinne aufweisen, ermöglichen es, die Reaktivität der Matrixlegierung mit den SiC - Partikeln zu reduzieren und ein ausreichendes Benetzen zu realisieren. Auf Basis dieser Untersuchungen werden für kombinierte Verschleiß- und Korrosionsbeanspruchungen Matrixlegierungen auf Ni - bzw. Co - Basis entwickelt. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens werden agglomerierte und gesinterte, sowie mechanisch gemischte Pseudolegierungen auf unterschiedlichen HVOF Systemen spritztechnisch verarbeitet.
Die detaillierten Untersuchungen dokumentieren, dass es möglich ist, hoch SiC - haltige Spritzschichten für Verschleiß- und Korrosionsanwendungen mittels HVOF herzustellen. Bei der Korrelation des SiC - Gehalts in den Spritzschichten zu den Prozessparametern kann ein deutlicher Zusammenhang zwischen der Prozesstemperatur sowie der Verweilzeit im Heißgasstrahl und dem SiC - Gehalt aufgezeigt werden. In den Untersuchungen können keine Zersetzungserscheinungen in den Spritzschichten nachgewiesen werden. Im Rahmen der vorwettbewerblichen Untersuchungen konnten die metallurgischen und prozesstechnischen Grundlagen für das Herstellen hoch SiC -haltiger Verbundschichten erarbeitet werden. Trotz der Komplexität der Zusammenhänge ergeben sich eindeutige, wissenschaftlich abgesicherte Richtlinien für die industrielle Umsetzung eines derartigen Schichtsystems, mit dem bis zu 60 Prozent der Beschichtungskosten für mittlere Verschleißbeanspruchungen eingespart werden können.
Siliziumkarbid
Hochgeschwindigkeitsflammspritzen
SiC - Verbundschicht
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Thermisches Spritzen
Verschleißschutz
Korrosionsschutz
Wielage, Bernhard
Technische Universität Chemnitz
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2001-05-23
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openaire
Entwicklung von Verbundpulvern auf der Basis von Titankarbid für das thermische Spritzen hochverschleißfester Schichten
urn:nbn:de:bsz:ch1-200100582
1439-1597
ger
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qucosa:19884
Compositwerkstoffe mit Hartstoffverstärkung für das thermische Spritzen finden eine breite Anwendung als Beschichtungswerkstoffe, da sie einen sehr guten Verschleißschutz bieten. Die bislang zur Verfügung stehenden konventionellen karbidhaltigen Pulver für die Herstellung verschleißfester Schichten enthalten zum Teil höhere Mengen an Elementen, die sowohl als kostenintensiv als auch bedenklich im Hinblick auf die Umweltverträglichkeit (z.B. Ni, Cr und Co) einzustufen sind. Die Untersuchungen wurden im Rahmen der Zusammenarbeit des Lehrstuhls für Verbundwerkstoffe der TU Chemnitz mit dem Belorussischen Institut für Pulvermetallurgie Minsk durchgeführt. Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der Entwicklung neuartiger SHS-Verbundwerkstoffe auf der Basis von Eisen-Titankarbid, die als preiswerte und umweltfreundliche Spritzpulver zum thermischen Spritzen von verschleißbeständigen Schichten eingesetzt werden können. Als metallische Bindephasen für die Herstellung der Verbundpulver wurden kostengünstiges Eisen und unterschiedliche Eisenlegierungen verwendet. Es werden die Gesetzmäßigkeiten des Werkstoffverhaltens während der SH-Synthese, bei der spritztechnischen Verarbeitung durch die APS-, VPS- und HVOF sowohl bei der Schichtbildung als auch während der verschiedenen Verschleißuntersuchungen vorgestellt, die durch umfassende metallkundliche Betrachtungen begleitet werden. Die Ergebnisse aus den Verschleißuntersuchungen der synthetisierten TiC-haltigen Spritzschichten sowie der Spritzschichten aus den herkömmlichen Pulvern werden verglichen. Die gewonnenen Erkenntnisse schaffen Voraussetzungen für vielfältige Anwendungen von SHS-Verbundwerkstoffen des Fe/TiC-Systems für das thermische Spritzen hochverschleißfester Schichten.
SHS-Verfahren
Eisen-Titankarbid-Verbundwerkstoffe
Legierungskomponenten
Atmosphärisches Plasmaspritzen
Vakuumplasmaspritzen
Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen
Gefügecharakterisierung
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ddc:600
Gefüge <Werkstoffkunde>
Verschleiß
Plasmaspritzen
Titan
Eisen
Schichtwerkstoff
Beschichten
Azarava, Tatsiana
Wielage, B.
Vityaz, P.
Steffens, E. h. H.-D.
Technische Universität Chemnitz
2000-12-14
2001-06-12
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2001-07-05
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ddc:660
openaire
Spritzgießen und resultierende Verbundeigenschaften von flachsfaserverstärktem Polypropylen
urn:nbn:de:bsz:ch1-200100613
ger
Die Arbeit behandelt am Beispiel von flachsfaserverstärktem Polypropylen die Verarbeitung von naturfaserverstärkten Thermoplasten im Spritzgießverfahren und die resultierenden Verbundeigenschaften. Im Grundlagenteil der Arbeit werden die Flachsfasern mit ihren besonderen chemischen und physikalischen Eigenschaften vorgestellt, die theoretischen Grundlagen zur Suspensionsrheologie, der Beschreibung von räumlichen Orientierungszuständen, zur Faser-Makrostruktur-Ausbildung und zum Spannungs-Verformungsverhalten von kurzfaserverstärkten Thermoplasten dargelegt. Phänomenologisch wird das rheologische Verhalten der flachsfasergefüllten thermoplastischen Schmelze charakterisiert. Weiterhin wird der Formfüllvorgang simuliert. Für die Bewegung der in der Schmelze mitgeschleppten Fasern werden die für konventionelle Kurzfasern gebräuchlichen Berechnungsansätze benutzt und deren Vorhersagegenauigkeit für flachsfaserverstärktes Polypropylen anhand experimenteller Ergebnisse beurteilt. Die resultierende Verbundsteifigkeit wird mit einem analytischen Modell unter Berücksichtigung der Orientierungssituation und Zuhilfenahme von mikromechanisch berechneten Faserkennwerten bestimmt. Abschließend wird der Einfluss technologischer und konstruktiver Parameter dargelegt.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
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ddc:600
Spritzgießen
Flachs
Polypropylen
Faserverstärkte Kunststoffe
Naturfasern
Suspensionsrheologie
Struktur-Eigenschafts-Beziehungen
Komposit-Aufbereitung
Aurich, Torsten
Technische Universität Chemnitz
2001-07-16
2001-07-16
2001-06-01
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openaire
Beitrag zur Herstellung von kohlenstofffaserverstärkten Keramikmatrix-Verbunden
urn:nbn:de:swb:ch1-200100648
1439-1597
ger
urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa-113873
qucosa:19884
Kohlenstofffaserverstärkte Kohlenstoffmatrixverbunde werden hergestellt und untersucht mit den Zielen der Verbesserung ihrer technologischen und mikrostrukturellen Eigenschaften. Zur Erweiterung ihres industriellen Einsatz- potentials wurde ein schnelles und ökonomisches Herstellungsverfahren für diese Verbunde ausgewählt, prozessbegleitend untersucht und objektiviert. Die Herstellung erfolgte über die Polymerpyrolyseroute in Verbindung mit einer Nachverdichtung der fertigen porösen C/C-Verbunde durch einmalige Imprägnierung der offenen Poren mittels modifizierten, polymeren Silicium-Verbindungen (Polysilan, Polycarbosilan bzw. Tyranno). Diese polymeren Si-Verbindungen wurden durch Zugabe von Dicobaltoctacarbonyl [Co2(CO)8] modifiziert und anschließend einer thermischen Umsetzung unterzogen, d.h. zu SiC pyrolysiert. Die wirkungsvolle Nach- verdichtung der porösen C/C-Verbunde mittels modifiziertem Polysilan wird nachgewiesen und auf die katalytische Wirkung von Co2(CO)8 zur Bildung von Si-Si-Bindungen im Polysilan zurückgeführt. Im Gegensatz zur Nachverdichtung mit flüssigem Silicium wurde bei polymeren Si-Verbindungen keine Faserschädigungen aufgrund einer Reaktion zwischen C-Faser und Silicium und keine Si-Anreicherungen in den infiltrierten Poren gefunden. Darüber hinaus verbessert das Einbringen von Si und SiC in die Matrix das Oxidationsver- halten des Verbundes nachhaltig. Entgegen der wirkungsvollen Nachverdichtung mittels modifiziertem Polysilan ist keine effektive Abdichtung der C/C-Verbunde durch eine einmalige Infiltration von mit Co2(CO)8 modifiziertem Polycarbosilan bzw. Tyranno erzielbar. Die hergestellten Verbunde wurden eingehend mittels Lichtmikroskopie, REM, EDXS, TMA, DMA, TGA und Mikrobiegeversuch charakterisiert.
Polymerpyrolyse
C-Faser
Phenolharz
Polysilan
Polycarbosilan
Polytitanocarbosilan
Dicobaltoctacarbonyl
C/C-Verbunde
C/C-SiC-Verbunde
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ddc:660
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ddc:600
Mikrostruktur
Biegefestigkeit
Odeshi, Akindele Gabriel
Wielage, Bernhard
Lang, Heinrich
Kainer, Karl Ulrich
Technische Universität Chemnitz
2001-07-20
2001-06-12
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2001-07-20
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2021-03-29T09:35:44Z
qucosa:ubc
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ddc:540
ddc:660
openaire
Heterogen katalysierte Gasphasen-Epoxidation von Propen an FeOx/SiO2-Katalysatoren
urn:nbn:de:bsz:ch1-200100686
ger
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine neuartige Methode und die entsprechenden Katalysatoren für die heterogen katalysierte Gasphasen-Epoxidation von Propen entwickelt und optimiert. Das Propen wurde an FeOx/SiO2-Katalysatoren mit N2O als Oxidationsmittel epoxidiert. Die Katalysatoren wurden mittels XRD, TEM, XPS, Physi- und Chemisorption, TPR/TPO, TPD und IR untersucht und charakterisiert. Der Einfluß der Reaktionsbedingungen auf die Oxidationsergebnisse wurde bestimmt und Untersuchungen zum Reaktionsablauf durchgeführt. Es wurden Selektivitäten zu Propenoxid von 40-70%, bei Propenumsätzen von 3-12%, erreicht. Die maximalen erzielten PO-Ausbeuten betrugen über 5%, und sind damit den berichteten Ergebnisse aus der Literatur überlegen.
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ddc:540
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ddc:660
Heterogene Katalyse
Propen
Epoxidation
Eisenoxide
Distickstoffoxide
heterogeneous catalysis
gas phase epoxidation
propene
propene oxide
silica supported iron oxide catalysts
nitrous oxide
Duma, Viorel
Technische Universität Chemnitz
2001-08-14
2001-08-14
2001-05-11
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2021-03-29T09:37:39Z
qucosa:ubc
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
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ddc:620
ddc:621.3
ddc:660
openaire
Beitrag zur Kompaktierung von unzerkleinertem Halmgut für die energetische Nutzung
urn:nbn:de:bsz:ch1-200201002
ger
In der Arbeit wird das Verdichtungsverhalten von halm- und stengelförmiger Biomasse (Getreidestroh, Heu, Leinstroh) im Hochdruckbereich beschrieben mit dem Ziel der Herstellung eines Festbrennstoffes in Schüttgutform. Als Versuchseinrichtung wird eine Stempelpresse mit kreisförmigem Werkzeugquerschnitt genutzt. Das Halmgut wird unzerkleinert mit einem Feuchtegehalt von 12
16% unter Einwirkung von Drücken bis zu 250 MPa ohne Zugabe von Bindemitteln verpreßt. Es wird, abgeleitet aus den Versuchsergebnissen, eine neue Verdichtungsgleichung erstellt, die für das Verdichten von unzerkleinertem Halmgut (Feuchte bis 16%) im Hochdruckbereich gültig ist. Der Einfluß der jeweiligen Gutart wird in entsprechenden Konstanten berücksichtigt.
Die Eigenschaften der hergestellten Briketts, wie u. a. Bindungsverhalten und Festigkeit, wurden untersucht. Zur Bestimmung der Abrieb- und Scherfestigkeit werden Testmethoden und -geräte angepaßt bzw. neu entwickelt.
Die Ergebnisse der theoretischen und experimentellen Betrachtungen fließen in die Konzeption eines Brikettierverfahrens ein. Der Funktionsnachweis des Verfahrens wird durch den Bau und Test eines Prototypen erbracht.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
info:eu-repo/classification/ddc/620
ddc:620
Verdichtungsmaschine
Fester Brennstoff
Abrieb
Brikett
Pressen
Bioenergie
Biomasse
Halmgut
Clauß, Brit
Technische Universität Chemnitz
2002-08-29
2002-06-10
2002-06-10
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doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
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2021-03-29T09:37:39Z
qucosa:ubc
doc-type:book
doc-type:Text
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ddc:600
ddc:660
openaire
Parallele Algorithmen für die numerische Simulation dreidimensionaler, disperser Mehrphasenströmungen und deren Anwendung in der Verfahrenstechnik
urn:nbn:de:bsz:ch1-200201013
3-8322-0532-2
ger
Many fluid flow processes in nature and technology are characterized by the presence
and coexistence of two ore more phases. These two- or multiphase flows are furthermore
characterized by a greater complexity of possible flow phenomena and phase interactions
then in single phase flows and therefore the numerical simulation of these multiphase
flows is usually demanding a much higher numerical effort. The presented work
summarizes the research and development work of the author and his research group on
"Numerical Methods for Multiphase Flows" at the University of Technology, Chemnitz over the
last years. This work was focussed on the development and application of numerical
approaches for the prediction of disperse fluid-particle flows in the field of
fluid mechanics and process technology.
A main part of the work presented here is concerned with the modelling of different
physical phenomena in fluid-particle flows under the paradigm of the Lagrangian treatment
of the particle motion in the fluid. The Eulerian-Lagrangian approach has proved to be an
especially well suited numerical approach for the simulation of disperse multiphase flows.
On the other hand its application requires a large amount of (parallel) computational power
and other computational ressources. The models described in this work give a mathematical
description of the relevant forces and momentum acting on a single spherical particle in
the fluid flow field, the particle-wall interaction and the particle erosion to the wall.
Further models has been derived in order to take into account the influence of
particle-particle collisions on the particle motion as well as the interaction of the
fluid flow turbulence with the particle motion. For all these models the state-of-the-art
from literature is comprehensively discussed.
The main field of interest of the work presented here is in the area of development,
implementation, investigation and comparative evaluation of parallelization
methods for the Eulerian-Lagrangian approach for the simulation of disperse multiphase
flows. Most of the priorly existing work of other authors is based on shared-memory
approaches, quasi-serial or static domain decomposition approaches. These parallelization
methods are mostly limited in theire applicability and scalability to parallel computer
architectures with a limited degree of parallelism (a few number of very powerfull compute
nodes) and to more or less homogeneous multiphase flows with uniform particle concentration
distribution and minor complexity of phase interactions. This work now presents a novel
parallelization method developed by the author, realizing a dynamic load balancing
for the Lagrangian approach (DDD - Dynamic Domain Decomposition) and therefore leading
to a substantial decrease in total computation time necessary for multiphase flow
computations with the Eulerian-Lagrangian approach.
Finally, the developed and entirely parallelized Eulerian-Lagrangian approach MISTRAL/PartFlow-3D
offers the opportunity of efficient investigation of disperse multiphase flows with
higher concentrations of the disperse phase and the resulting strong phase interaction
phenomena (four-way coupling).
Viele der in Natur und Technik ablaufenden Strömungsvorgänge sind durch die
Koexistenz zweier oder mehrerer Phasen gekennzeichnet. Diese sogenannten Zwei- oder
Mehrphasensysteme zeichnen sich durch ein hohes Maß an Komplexität aus und
erfordern oft einen sehr hohen rechentechnischen Aufwand zu deren numerischer Simulation.
Die vorliegende Arbeit faßt langjährige Forschungs- und Entwicklungsarbeiten
des Autors und seiner Forschungsgruppe "Numerische Methoden für Mehrphasenströmungen"
an der TU Chemnitz zusammen, die sich mit der Entwicklung und Anwendung numerischer
Berechnungsverfahren für disperse Fluid-Partikel-Strömungen auf dem Gebiet
der Strömungs- und Verfahrenstechnik befassen.
Ein wesentlicher Teil der Arbeit befaßt sich mit der Modellierung unterschiedlicher
physikalischer Phänomene in Fluid-Partikel-Strömungen unter dem Paradigma der Lagrange'schen
Betrachtungsweise der Partikelbewegung. Das Euler-Lagrange-Verfahren hat sich als
besonders geeignetes Berechnungsverfahren für die numerische Simulation disperser
Mehrphasenströmungen erwiesen, stellt jedoch in seiner Anwendung auch höchste
Anforderungen an die Ressourcen der verwendeten (parallelen) Rechnerarchitekturen.
Die näher ausgeführten mathematisch-physikalischen Modelle liefern eine Beschreibung
der auf eine kugelförmige Einzelpartikel im Strömungsfeld wirkenden Kräfte
und Momente, der Partikel-Wand-Wechselwirkung und der Partikelerosion. Weitere Teilmodelle
dienen der Berücksichtigung von Partikel-Partikel-Stoßvorgängen und der
Wechselwirkung zwischen Fluidturbulenz und Partikelbewegung.
Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt im Weiteren in der Entwicklung, Untersuchung und vergleichenden
Bewertung von Parallelisierungsverfahren für das Euler-Lagrange-Verfahren zur Berechnung von
dispersen Mehrphasenströmungen. Zuvor von anderen Autoren entwickelte Parallelisierungsmethoden
für das Lagrange'sche Berechnungsverfahren basieren im Wesentlichen auf Shared-Memory-Ansätzen,
Quasi-Seriellen Verfahren oder statischer Gebietszerlegung (SDD) und sind somit in ihrer
Einsetzbarkeit und Skalierbarkeit auf Rechnerarchitekturen mit relativ geringer Parallelität
und auf weitgehend homogene Mehrphasenströmungen mit geringer Komplexität der Phasenwechselwirkungen
beschränkt. In dieser Arbeit wird eine vom Autor entwickelte, neuartige Parallelisierungsmethode
vorgestellt, die eine dynamische Lastverteilung für das Lagrange-Verfahren ermöglicht (DDD - Dynamic
Domain Decomposition) und mit deren Hilfe eine deutliche Reduzierung der Gesamtausführungszeiten
einer Mehrphasenströmungsberechnung mit dem Euler-Lagrange-Verfahren möglich ist.
Im Ergebnis steht mit dem vom Autor und seiner Forschungsgruppe entwickelten vollständig parallelisierten
Euler-Lagrange-Verfahren MISTRAL/PartFlow-3D ein numerisches Berechnungsverfahren zur Verfügung,
mit dem disperse Mehrphasenströmungen mit höheren Konzentrationen der dispersen Phase und
daraus resultierenden starken Phasenwechselwirkungen (Vier-Wege-Kopplung) effektiv untersucht
werden können.
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ddc:600
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Parallelrechner
Disperse Strömung
Strömungstechnik
Zweiphasenströmung
Fluid-Feststoff-Strömung
Mehrphasenströmung
Strömungsmechanik
Parallelisierung
CFD
numerische Simulation
Euler-Lagrange-Verfahren
Fluid-Partikel-Strömung
Partikel-Partikel-Kollision
Partikel-Wand-Stoß
Gebietszerlegung
Lastbalancierung
High Performance Computing
Frank, Thomas
Technische Universität Chemnitz
2002-08-30
2002-06-21
Shaker Verlag, Aachen, Juli 2002; ISBN: 3-8322-0532-2
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doc-type:book
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2021-03-29T09:38:15Z
qucosa:ubc
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
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ddc:660
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openaire
Thermisches Spritzen von inkongruent schmelzenden Werkstoffsystemen auf der Basis von Silicium
urn:nbn:de:bsz:ch1-200201429
1439-1597
ger
urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa-113873
qucosa:19884
Siliciumkarbid (SiC) und Siliciumnitrid (Si3N4) zeichnen sich durch hervorragende mechanische, thermische und chemische Materialeigenschaften und, insbesondere für das SiC, durch niedrige Kosten aus. Da beide Werkstoffe inkongruent schmelzen, können sie in reiner Form spritztechnisch nicht verarbeitet werden. Es werden metallurgische Lösungskonzepte erarbeitet, die darauf abzielen, die Hartstoffe zu benetzen und die Reaktivität herabzusetzen. Durch den Einsatz von Verbundpulvern besteht die Möglichkeit die Hartstoffpartikel gegen die rein thermisch induzierte Zersetzung beim spritztechnischen Verarbeiten weitgehend zu schützen. Zum Herstellen der Verbundpulver werden im Rahmen der experimentellen Untersuchungen unterschiedlichen Herstellungsverfahren eingesetzt. Unter Ausnutzen der prozessspezifischen Charakteristika der unterschiedlichen thermischen Spritzverfahren werden die so hergestellten Verbundpulver zu dichten, fest haftenden und hoch hartstoffhaltigen Spritzschichten verarbeitet. Neben der metallographischen Charakterisierung der Verbundschichten hinsichtlich Schichtmorphologie werden zudem die mechanisch-technologischen und chemisch-technologischen Eigenschaften untersucht.
SiC
Si3N4
inkongruent schmelzende Werkstoffsysteme
Verbundpulver
Verschleißbeständigkeit
Korrosionsverhalten
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Thermisches Spritzen
Schnick, Thomas Manfred
Wielage, Bernhard
Matthes, Klaus-Jürgen
Wilden, Johannes
Technische Universität Chemnitz
2002-04-15
2002-09-04
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2002-12-02
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doc-type:doctoralThesis
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2021-03-29T09:39:50Z
qucosa:ubc
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
openaire
Heterogen katalysierte Hydrierreaktionen in konventionellen und Mikrostrukturreaktoren in der Flüssig- und Gasphase
urn:nbn:de:swb:ch1-200300967
ger
The following work examines the hydrogenation of p-nitrotoluene in the liquid phase and the partial hydrogenation of acroleine in the gas phase. For both reactions a microchannel reactor (MCR) with catalytically active walls and fixed bed catalysts have been prepared and applicated.
In case of the hydrogenation of p-nitrotoluene using the MCR the aim was to prepare a catalytically active wall coating. To achieve this the inner surface of the MCR was anodically oxidized and followed by a deposition of palladium in the resulting oxide layer by means of electrochemical and wetchemical reduction. The resulting coating was modified by promoting it with lanthane. The maximum space time yield of p-toluidine was 7 mols per liter and hour. This is significantly more than the state-of-the-art today which is limited by heat transfer and enables a space time yield in the range of 0.15 to 1.5 mol per liter and hour. Thus, the MCR could be profitably used for this reaction.
In case of the partial hydrogenation of acroleine with allyl alcohol as the desired product silver based real and model catalysts have been used. The aim was to identify correlations between the chosen catalyst support and immobilization procedure on one side and the catalytical properties of the resulting catalyst on the other. Aluminum and silicon dioxide have been used as catalyst support. The catalytically active component silver was deposited using conventional wet impregnation procedures as well as electrochemical silver deposition and sputtering of silver. It was possible to discriminate between effects due to the choice of the support material and effects due to the choice of the immobilization procedure. For this reaction, the MCR could not be used profitably.
In der vorliegenden Arbeit wurde die Hydrierung von p-Nitrotoluol in der Flüssigphase und die partielle Hydrierung von Acrolein in der Gasphase untersucht. Für beide Reaktionen wurden Mikrostrukturreaktoren (MSR) mit katalytisch aktiven Wänden sowie Schüttgutkatalysatoren präpariert und eingesetzt.
Im Fall der Hydrierung von p-Nitrotoluol im MSR bestand das Ziel in der Präparation einer geeigneten katalytisch aktiven Wandbeschichtung. Dazu wurde die innere Oberfläche des MSR anodisch oxidiert und in der resultierenden Oxidschicht Palladium durch elektrochemische und nasschemische Reduktion abgeschieden. Modifiziert wurden die erhaltenen Beschichtungen durch Lanthanpromotierung. Es wurde eine maximale Raumzeitausbeute an p-Toluidin im MSR von 7 mol pro Liter und Stunde erreicht. Dies ist deutlich höher als der durch die Grenzen des Wärmetransportes limitierte Stand der Technik, der für konventionelle Rührkesselreaktoren im Bereich von 0,15 bis 1,5 mol pro Liter und Stunde liegt. Der MSR konnte damit gewinnbringend für diese Reaktion eingesetzt werden.
Für die Hydrierung von Acrolein mit dem Zielprodukt Allylalkohol wurden auf Silber basierende reale und Modellkatalysatoren eingesetzt. Ziel war es, Zusammenhänge zu finden zwischen der Wahl des Katalysatorträgers und der Techniken zur Silberimmobilisierung auf der einen Seite und den katalytischen Eigenschaften des resultierenden Katalysators auf der anderen. Als Trägermaterialien wurden Aluminium und Siliziumdioxid verwendet. Die Aktivkomponente Silber wurde konventionell nasschemisch, elektrochemisch und durch Sputtern abgeschieden. Einflüsse des Trägermaterials auf Aktivität und Selektivität des Katalysators konnten deutlich von den Einflüssen der verschiedenen Techniken der Silberimmobilisierung unterschieden werden. Der Mikrostrukturreaktor konnte für diese Reaktion nicht gewinnbringend eingesetzt werden.
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ddc:660
Acrolein
Allylalkohol
Druckhydrierung
Heterogene Katalyse
Hydrierung
Nitrotoluole
Palladium
Silber
Toluidine
Mikrostrukturreaktor
Födisch, Ringo
Hönicke, Dieter
Platzer, Bernd
Claus, Peter
Technische Universität Chemnitz
2003-07-30
2003-05-05
2003-07-17
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2021-03-29T09:40:06Z
qucosa:ubc
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
ddc:670
openaire
Beitrag zu hochbelasteten Krafteinleitungselementen für Faserverbundbauteile
urn:nbn:de:swb:ch1-200301198
3-936766-06-1
ger
Fibre reinforced plastics (FRP) are increasingly employed in structural parts of the automotive, aviation and aerospace as well as railway industries. For those applications a heavily loaded, as well as crash and safety relevant force translation component is developed. This Hybrid-Insert consists of SMC and a metal insert, and is based on modular assembly through standard elements. The galvanic insulation of the metal insert by the SMC provides an excellent corrosion protection. The couplingstrength of the metal insert moulded into the SMC fulfills the tensile requirements of a M10 10.9 screw fit by VDI 2230 standards. Additionally the component provides a high degree of energy absorption and a gradual failure process.
Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) werden zunehmend in Strukturbauteilen der Automobil-,der Luft- und Raumfahrt- sowie der Schienenfahrzeugindustrie eingesetzt. Für diese Anwendungen wird ein hochbelastetes sowie crash- und sicherheitsrelevantes Krafteinleitungselement entwickelt. Dieses Hybrid-Insert, bestehend aus SMC und einem Metalleinsatz, ist modular aus Standardkomponenten aufgebaut. Die galvanische Isolation des Metalleinsatzes durch das SMC bietet für diesen einen hervorragenden Korrosionsschutz. Die Verankerungsfestigkeit des Metalleinsatzes im SMC genügt den Anforderungen einer M10 10.9 Verschraubung nach VDI 2230. Zusätzlich zeichnet sich das Krafteinleitungselement durch eine hohe Energieabsorption und ein gutmütiges Versagen aus.
info:eu-repo/classification/ddc/670
ddc:670
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Druckfestigkeit
Fließpressen
Galvanische Korrosion
Gewindeeinsatz
Glasfaserverstärkter Duroplast
Glasfaserverstärkter Kunststoff
Kohlenstofffaser
Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff
Kontaktkorrosion
Korrosion
Faserorientierung
Korrosionsprüfung
Korrosionsschutz
Krafteinleitung
Kunststoff / Verbundwerkstoff
Kunststoff-Metall-Verbund
Kunststoffkonstruktion
Langfaser
Lasteinleitung
Faserverbundbauteil
Numerische Strömungssimulation
Pressen
Prozesssimulation
Schalenelement
Schwingungsbelastung
Schwingungsdämpfung
Simulation
Steifigkeit
Faserverbundwerkstoff
Zugfestigkeit
Zugversuch
Faserverstärkter Kunststoff
Festigkeit
Finite-Elemente-Methode
Couplingstrength
Force translation element
Krafteinleitungselement
Metal insert
Moulding
Sheet Moulding Compound
Structural part
Strukturbauteil
Fibre reinforced plastic
Fibre reinforced plastics
Schievenbusch, Florian
Ziegmann, Gerhard
Scharr, Gerhard
Köhler, Eberhard
Technische Universität Chemnitz
2003-09-19
2003-09-10
2003-08-11
ISBN 3-936766-06-1; Schriftenreihe Strukturleichtbau; 7
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doc-type:doctoralThesis
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doc-type:Text
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2021-03-29T09:41:24Z
qucosa:ubc
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
openaire
Fließinduzierte Orientierungen in spritzgegossenen LCP-Teilen
urn:nbn:de:swb:ch1-200400254
ger
Die Arbeit behandelt ausgewählte Aspekte der Ausbildung strömungsinduzierter Orientierungen und deren Auswirkung auf die mechanischen Eigenschaften in spritzgegossenen LCP-Formteilen. Es werden die Grundlagen zum rheologischen Verhalten von LCP, zum Füllvorgang und zur Orientierungsausbildung beim Spritzgießen sowie zu den Methoden der Orientierungsuntersuchung zusammengefaßt. Rheologische Untersuchungen werden aus der Sicht der praktischen Kennwertermittlung durchgeführt. Dabei wird die Abhängigkeit der Viskosität von der Düsenlänge und von der thermo-rheologischen Vorgeschichte analysiert sowie eine Viskosimeter-Vorrichtung für die Spritzgießmaschine vorgestellt und erprobt. Die umfangreiche Analyse verarbeitungsinduzierter Formteileigenschaften behandelt schwerpunktmäßig Orientierungsphänomene in der Wanddickenrichtung. Die Orientierungseffekte werden durch Grauwertmessungen erfaßt. Ein Meßaufbau mit einer kalibrierten Mikroskop-Digitalkamera-Kombination ermöglicht die reproduzierbare, effektive Messung der Grauwerte in hoher Ortsauflösung und damit eine über die bisher bekannten qualitativen Vergleiche hinausgehende quantitative Auswertung. Anhand der Grauwertverläufe wird der Einfluss technologischer und konstruktiver Parameter auf die Orientierungsstruktur dargelegt und mit Ergebnissen der Computersimulation verglichen. Durch parallele Messung anisotroper mechanischer Kennwerte und Orientierungsmerkmale werden richtungsabhängige Struktur-Eigenschafts-Beziehungen bestimmt.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Anisotropie
Elastizitätsmodul
Morphologie
Orientierung
Rheologie
Spritzgießen
flüssigkristalline Polymere
Grauwertmessung
LCP
Struktur-Eigenschafts-Beziehungen
Strömungssimulation
Jüttner, Gábor
Technische Universität Chemnitz
2004-03-15
2004-03-10
2003-12-10
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
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2021-03-29T09:42:19Z
qucosa:ubc
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
openaire
Entwicklung und Einsatz von Mikrostrukturreaktoren mit katalytisch wirksamen Strömungskanälen für die partielle Gasphasen-Oxidation von 1-Buten
urn:nbn:de:swb:ch1-200400981
ger
In der vorliegenden Arbeit wurden erstmalig Mikrostrukturreaktoren bei der partiellen Oxidation von 1-Buten zu Maleinsäureanhydrid (MSA) eingesetzt. Diese stark exotherme, heterogen katalysierte Umsetzung fand hierbei in Stapeln mikrostrukturierter Aluminiumfolien statt, welche durch parallele Strömungskanäle mit katalytisch wirksamen Oberflächenschichten charakterisiert sind. Als Aktivkomponenten kamen Vanadium-, Phosphor- und Titanoxide zur Anwendung. Ein Vergleich von drei kompakten Mikrostrukturreaktoren mit Kanaldurchmessern der Mikrokanäle von 0,08, 0,2 bzw. 0,4 mm mit einem Schüttgutreaktor wurde durchgeführt. Vorausgehend war die Entwicklung von 3 verschiedenen Methoden zur Immobilisierung von V2O5 und P2O5 auf dem Katalysatorträger bei jeweils unterschiedlichen Katalysatorvorläufern. Die Herstellungsparameter der geeignetsten Immobilisierungsmethode wurden, entsprechend einem Screening in Schüttgutreaktoren, systematisch variiert. Die katalytische Aktivierung der Folien erfolgte nach der gleichen Präparationsvorschrift die zur Herstellung des besten Katalysator-Schüttguts führte. Bei der partiellen Oxidation von 1-Buten außerhalb des Explosionsbereiches bestanden nur geringfügige Unterschiede zwischen den MSA-Selektivitäten im Schüttgut bzw. in der Mikrostruktur (33%). In letzterer wurden hingegen um den Faktor 3 bis 5 höhere Raum-Zeit-Ausbeuten als im Schüttgut erzielt. Des weiteren konnte die partielle Oxidation von 1-Buten innerhalb des Explosionsbereiches ausschließlich in den Mikrostrukturreaktoren explosionssicher - und ohne Anzeichen auf instabile Betriebspunkte gehandhabt werden. Begleitend dazu fand die Entwicklung und der Einsatz dreier modularer Mikrostrukturreaktoren bei der partiellen Oxidation von 1-Buten statt. Praktische Ergebnisse wurden anhand eines entwickelten Reaktormodells bestätigt.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Butene
Heterogene Katalyse
Katalytische Oxidation
Selektive Oxidation
1-Buten
MSA
Mikroreaktor
Mikrostrukturreaktor
Kah, Stefan
Hönicke, Dieter
Klemm, Elias
Reschetilowski, Wladimir
Technische Universität Chemnitz
2005-05-10
2004-01-18
2004-07-02
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
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2021-03-29T09:42:30Z
qucosa:ubc
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
openaire
Prozessnahes Qualitätsmanagement beim Spritzgießen
urn:nbn:de:swb:ch1-200401153
ger
Wachsende Anforderungen an die Qualität von Formteilen sowie die Globalisierung der
Märkte für Kunststoffprodukte zwingen die kunststoffverarbeitenden Unternehmen, neue
moderne Methoden zur Qualitätsverbesserung und zur Kostensenkung einzusetzen. Eine
Untersuchung zum Stand der Forschung ergab, dass eine Null-Fehler-Produktion beim
Spritzgießen bisher nicht gegeben ist.
Die vorliegende Arbeit beschreibt einen Beitrag zur Qualitätssicherung durch ein
prozessnahes Qualitätsmanagement mit dem Ziel, eine kontinuierliche Qualitätsüberwachung
und eine Qualitätsregelung für jedes produzierte Formteil zu ermöglichen.
Durch den Einsatz von statistischen Versuchsplänen werden die Herstellungsbedingungen
beim Spritzgießen optimiert und Modelle zur Einstellung der Maschine sowie zur
Überwachung der Qualitätseigenschaften gebildet. Aufbauend auf diesen Modellen wird ein
adaptives Regelungssystem entworfen, um Qualitätsabweichungen zu verhindern.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Optimierung
Qualitätsmanagement
Qualitätssicherung
Spritzgießen
Modellbildung
Spritzgießverfahren
adaptive Regelung
statistische Versuchsplanung
zentral zusammengesetzter Versuchsplan
Optimierungsverfahren
Qualitätsmerkmalsmodell
Qualitätsregelung
Qualitätsüberwachung
Spritzgießprozess
Haman, Soromo
Wächter, Roland
Mennig, Günter
Wolf, Thomas
Technische Universität Chemnitz
2004-09-03
2004-08-03
2004-06-04
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
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oai:qucosa:de:qucosa:18231
2021-03-29T09:43:00Z
qucosa:ubc
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
openaire
ANALYSE VON GRUNDPROZESSEN DER AUFBEREITUNG VON KOMPOSITWERKSTOFFEN AUS AUSGEWÄHLTEN KUNSTSTOFF- UND GUMMIABFÄLLEN
urn:nbn:de:swb:ch1-200401564
ger
urn:nbn:de:swb:ch1-200401580
qucosa:18233
qucosa:18253
In the thesis some problems concerning fabrication of composites based on present knowledge and authors own experience have been revealed.
The methods of fabrication of the composites take into consideration following operations like size-reduction, agglomeration and compounding (mixing components) in solid (grainy) state to obtain the composite of determined properties assigned for processing operations like injection moulding, extrusion or press moulding. The experiments were made in lab conditions similar to industrial ones. In each of the above mentioned operations very characteristic factors for individual operation have been observed. Those factors for size-reduction, agglomeration, compounding and press moulding have been presented in table 3.8 (column C).
There were no procedures to analyze the fabrication of composites made of thermoplastic film wastes and rubber wastes in connection with properties of components in solid (grainy) state before compounding and press moulding by now.
Because of specific basic operations the tests were carriedart on special test stands using phaenomenological methods. The results have enabled determination of the most advantegous directions for designing technological lines within the range of utilization of selected plastics and rubber wastes. The results might also be used for designing other constructional- technological solutions which would concern fabrication of composites based on other secondary polymeric materials.
In der Arbeit wurden auf Basis des bisherigen Standes der Technik und der Resultate eigener Arbeiten die mit der Herstellung von Kompositwerkstoffen verbundenen Probleme analysiert.
Die gewählte Methodik der Herstellung der Kompositwerkstoffe berücksichtigt die Grundprozesse Zerkleinern, Agglomerieren und Mischen der Komponenten im festen Zustand. Ziel war die Herstellung eines Kompositwerkstoffs mit bestimmten Eigenschaften, der sich durch Spritzgießen, Extrudieren und Pressen verarbeiten lässt. Während der unter praxisnahen Laborbedingungen realisierten Versuche wurden für jeden der o. g. Prozesse die repräsentativsten Einflussfaktoren berücksichtigt. Diese Faktoren für das Agglomerieren, Zerkleinern, Mischen und Pressen wurden näher in der Tabelle 3.8 dargestellt.
Bisher gab es einen Mangel an Analyseprozeduren bei der Herstellung der Kompositwerkstoffe aus thermoplastischen Folien und Gummi. Ziel war die Ermittlung des Zusammenhangs der Eigenschaften der Komponenten im festen (körnigen) Zustand vor dem Misch- und nach dem Pressprozess. Wegen der Eigenart der Grundprozesse wurden die Versuche unter Benutzung phänomenologischer Methoden an speziell vorbereiteten Versuchsständen durchgeführt. Die Resultate der Versuche führten zu Richtlinien zum Entwerfen von technologischen Vorschriften im Bereich des Verwertens der ausgewählten Kunststoff- und Gummiabfälle. Die Resultate der Versuche könnten auch beim Entwerfen anderer technologischer Lösungen genutzt werden, die die Herstellung der Kompositwerkstoffe aus anderen sekundären polymeren Materialien betreffen würden.
Es ist bemerkenswert, dass einige Resultate der Arbeit bereits in der industriellen Praxis genutzt werden. Dies betrifft vor allem einen Kompositwerkstoff mit speziellen akustischen Eigenschaften (Werkstoff von bestimmter Impedanz), der sich sehr gut für die Ultraschalltechnik eignet, sowie einen Kompositwerkstoff zur Extrusion von elastischen Kernen bei der Herstellung von Hochdruckschläuchen. Nach Meinung des Verfassers ist es gelungen, die Hypothese zu verifizieren, dass es eine bestimmte, vorteilhafte Menge von Grundprozessen gibt, deren richtige Wahl über die Qualität der erhaltenen Erzeugnisse entscheidet. Bestätigt wird das in einer Tabelle, die die Relationen zwischen den Methoden der Aufbereitung der Komponenten im festen Zustand und den Festigkeitseigenschaften der erhaltenen Kompositwerkstoffe aufzeigt. Die mikroskopischen Beobachtungen der Bruchflächen an der Grenze Matrixmaterial Gummipulver bestätigen die formschlüssige Einlagerung des Gummimehls in entsprechenden Fraktionen, was die o. g. Festigkeitseigenschaften wesentlich beeinflusst. Unabhängig davon können die in der Arbeit erhaltenen Resultate als Basis für weitere Untersuchungen im Bereich der Analyse von Teilprozessen der Aufbereitung von Kompositwerkstoffen aus sekundären Kunststoffen dienen.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Agglomerieren
Gummiabfälle
Mischen
Polyolefine
Recycling
Zerkleinern
Zimniak, Joachim
Mennig, Günter
Pahl, Manfred H.
Flizikowski, Josef
Platzer, Bernd
Technische Universität Chemnitz
2004-12-10
2003-10-14
2004-05-17
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
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oai:qucosa:de:qucosa:18233
2021-03-29T09:43:02Z
qucosa:ubc
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
openaire
ANALYSE VON GRUNDPROZESSEN DER AUFBEREITUNG VON KOMPOSITWERKSTOFFEN AUS AUSGEWÄHLTEN KUNSTSTOFF- UND GUMMIABFÄLLEN
urn:nbn:de:swb:ch1-200401580
ger
qucosa:18231
In the thesis some problems concerning fabrication of composites based on present knowledge and authors own experience have been revealed.
The methods of fabrication of the composites take into consideration following operations like size-reduction, agglomeration and compounding (mixing components) in solid (grainy) state to obtain the composite of determined properties assigned for processing operations like injection moulding, extrusion or press moulding. The experiments were made in lab conditions similar to industrial ones. In each of the above mentioned operations very characteristic factors for individual operation have been observed. Those factors for size-reduction, agglomeration, compounding and press moulding have been presented in table 3.8 (column C).
There were no procedures to analyze the fabrication of composites made of thermoplastic film wastes and rubber wastes in connection with properties of components in solid (grainy) state before compounding and press moulding by now.
Because of specific basic operations the tests were carriedart on special test stands using phaenomenological methods. The results have enabled determination of the most advantegous directions for designing technological lines within the range of utilization of selected plastics and rubber wastes. The results might also be used for designing other constructional- technological solutions which would concern fabrication of composites based on other secondary polymeric materials.
In der Arbeit wurden auf Basis des bisherigen Standes der Technik und der Resultate eigener Arbeiten die mit der Herstellung von Kompositwerkstoffen verbundenen Probleme analysiert.
Die gewählte Methodik der Herstellung der Kompositwerkstoffe berücksichtigt die Grundprozesse Zerkleinern, Agglomerieren und Mischen der Komponenten im festen Zustand. Ziel war die Herstellung eines Kompositwerkstoffs mit bestimmten Eigenschaften, der sich durch Spritzgießen, Extrudieren und Pressen verarbeiten lässt. Während der unter praxisnahen Laborbedingungen realisierten Versuche wurden für jeden der o. g. Prozesse die repräsentativsten Einflussfaktoren berücksichtigt. Diese Faktoren für das Agglomerieren, Zerkleinern, Mischen und Pressen wurden näher in der Tabelle 3.8 dargestellt.
Bisher gab es einen Mangel an Analyseprozeduren bei der Herstellung der Kompositwerkstoffe aus thermoplastischen Folien und Gummi. Ziel war die Ermittlung des Zusammenhangs der Eigenschaften der Komponenten im festen (körnigen) Zustand vor dem Misch- und nach dem Pressprozess. Wegen der Eigenart der Grundprozesse wurden die Versuche unter Benutzung phänomenologischer Methoden an speziell vorbereiteten Versuchsständen durchgeführt. Die Resultate der Versuche führten zu Richtlinien zum Entwerfen von technologischen Vorschriften im Bereich des Verwertens der ausgewählten Kunststoff- und Gummiabfälle. Die Resultate der Versuche könnten auch beim Entwerfen anderer technologischer Lösungen genutzt werden, die die Herstellung der Kompositwerkstoffe aus anderen sekundären polymeren Materialien betreffen würden.
Es ist bemerkenswert, dass einige Resultate der Arbeit bereits in der industriellen Praxis genutzt werden. Dies betrifft vor allem einen Kompositwerkstoff mit speziellen akustischen Eigenschaften (Werkstoff von bestimmter Impedanz), der sich sehr gut für die Ultraschalltechnik eignet, sowie einen Kompositwerkstoff zur Extrusion von elastischen Kernen bei der Herstellung von Hochdruckschläuchen. Nach Meinung des Verfassers ist es gelungen, die Hypothese zu verifizieren, dass es eine bestimmte, vorteilhafte Menge von Grundprozessen gibt, deren richtige Wahl über die Qualität der erhaltenen Erzeugnisse entscheidet. Bestätigt wird das in einer Tabelle, die die Relationen zwischen den Methoden der Aufbereitung der Komponenten im festen Zustand und den Festigkeitseigenschaften der erhaltenen Kompositwerkstoffe aufzeigt. Die mikroskopischen Beobachtungen der Bruchflächen an der Grenze Matrixmaterial Gummipulver bestätigen die formschlüssige Einlagerung des Gummimehls in entsprechenden Fraktionen, was die o. g. Festigkeitseigenschaften wesentlich beeinflusst. Unabhängig davon können die in der Arbeit erhaltenen Resultate als Basis für weitere Untersuchungen im Bereich der Analyse von Teilprozessen der Aufbereitung von Kompositwerkstoffen aus sekundären Kunststoffen dienen.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Mischen
Polyolefine
Recycling
Zerkleinern
Gummiabfälle
Kompositwerkstoffe
Zimniak, Joachim
Mennig, Günter
Pahl, Manfred H.
Flizikowski, Józef
Platzer, Bernd
Technische Universität Chemnitz
2004-11-26
2003-10-14
2004-05-19
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doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
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2021-03-29T09:43:18Z
qucosa:ubc
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
openaire
ANALYSE VON GRUNDPROZESSEN DER AUFBEREITUNG VON KOMPOSITWERKSTOFFEN AUS AUSGEWÄHLTEN KUNSTSTOFF- UND GUMMIABFÄLLEN
urn:nbn:de:swb:ch1-200401777
ger
urn:nbn:de:swb:ch1-200401564
qucosa:18231
In the thesis some problems concerning fabrication of composites based on present knowledge and author's own experience have been revealed.
The methods of fabrication of the composites take into consideration following operations like size-reduction, agglomeration and compounding (mixing components) in solid (grainy) state to obtain the composite of determined properties assigned for processing operations like injection moulding, extrusion or press moulding. The experiments were made in lab conditions similar to industrial ones. In each of the above mentioned operations very characteristic factors for individual operation have been observed. Those factors for size-reduction, agglomeration, compounding and press moulding have been presented in table 3.8 (column C).
There were no procedures to analyze the fabrication of composites made of thermoplastic film wastes and rubber wastes in connection with properties of components in solid (grainy) state before compounding and press moulding by now.
Because of specific basic operations the tests were carriedart on special test stands using phaenomenological methods. The results have enabled determination of the most advantegous directions for designing technological lines within the range of utilization of selected plastics and rubber wastes. The results might also be used for designing other constructional- technological solutions which would concern fabrication of composites based on other secondary polymeric materials.
In der Arbeit wurden auf Basis des bisherigen Standes der Technik und der Resultate eigener Arbeiten die mit der Herstellung von Kompositwerkstoffen verbundenen Probleme analysiert.
Die gewählte Methodik der Herstellung der Kompositwerkstoffe berücksichtigt die Grundprozesse Zerkleinern, Agglomerieren und Mischen der Komponenten im festen Zustand. Ziel war die Herstellung eines Kompositwerkstoffs mit bestimmten Eigenschaften, der sich durch Spritzgießen, Extrudieren und Pressen verarbeiten lässt. Während der unter praxisnahen Laborbedingungen realisierten Versuche wurden für jeden der o. g. Prozesse die repräsentativsten Einflussfaktoren berücksichtigt. Diese Faktoren für das Agglomerieren, Zerkleinern, Mischen und Pressen wurden näher in der Tabelle 3.8 dargestellt.
Bisher gab es einen Mangel an Analyseprozeduren bei der Herstellung der Kompositwerkstoffe aus thermoplastischen Folien und Gummi. Ziel war die Ermittlung des Zusammenhangs der Eigenschaften der Komponenten im festen (körnigen) Zustand vor dem Misch- und nach dem Pressprozess. Wegen der Eigenart der Grundprozesse wurden die Versuche unter Benutzung phänomenologischer Methoden an speziell vorbereiteten Versuchsständen durchgeführt. Die Resultate der Versuche führten zu Richtlinien zum Entwerfen von technologischen Vorschriften im Bereich des Verwertens der ausgewählten Kunststoff- und Gummiabfälle. Die Resultate der Versuche könnten auch beim Entwerfen anderer technologischer Lösungen genutzt werden, die die Herstellung der Kompositwerkstoffe aus anderen sekundären polymeren Materialien betreffen würden.
Es ist bemerkenswert, dass einige Resultate der Arbeit bereits in der industriellen Praxis genutzt werden. Dies betrifft vor allem einen Kompositwerkstoff mit speziellen akustischen Eigenschaften (Werkstoff von bestimmter Impedanz), der sich sehr gut für die Ultraschalltechnik eignet, sowie einen Kompositwerkstoff zur Extrusion von elastischen Kernen bei der Herstellung von Hochdruckschläuchen. Nach Meinung des Verfassers ist es gelungen, die Hypothese zu verifizieren, dass es eine bestimmte, vorteilhafte Menge von Grundprozessen gibt, deren richtige Wahl über die Qualität der erhaltenen Erzeugnisse entscheidet. Bestätigt wird das in einer Tabelle, die die Relationen zwischen den Methoden der Aufbereitung der Komponenten im festen Zustand und den Festigkeitseigenschaften der erhaltenen Kompositwerkstoffe aufzeigt. Die mikroskopischen Beobachtungen der Bruchflächen an der Grenze Matrixmaterial - Gummipulver bestätigen die formschlüssige Einlagerung des Gummimehls in entsprechenden Fraktionen, was die o. g. Festigkeitseigenschaften wesentlich beeinflusst. Unabhängig davon können die in der Arbeit erhaltenen Resultate als Basis für weitere Untersuchungen im Bereich der Analyse von Teilprozessen der Aufbereitung von Kompositwerkstoffen aus sekundären Kunststoffen dienen.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Agglomerieren
Mischen
Polyolefine
Zerkleinern
Gummiabfälle
Kompositwerkstoffe
Zimniak, Joachim
Mennig, Günter
Pahl, Manfred H.
Flizikowski, Jozef
Platzer, Bernd
Technische Universität Chemnitz
2005-01-21
2003-10-14
2004-05-17
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
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2021-03-29T09:48:25Z
qucosa:ubc
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open_access
ddc:600
ddc:660
openaire
Deutsch-Polnischer-Workshop: Analyse der Aufbereitungsbedingungen und der Eigenschaftscharakteristik von Kompositwerkstoffen der Typen Kunststoffe und TSE-Gummimehl
urn:nbn:de:swb:ch1-200601950
ger
Bei der Wiederverwertung von Alt- und Abfallgummi
stehen Industrie und Forschung im Gegensatz zu den
rein thermoplastischen Kunststoffen wie Polypropylen
und Polyäthylen immer noch am Anfang. Große Mengen
der roh- und werkstofflich wertvollen (Technischen
und Sonstigen Elastomerartikel, sogen. TSE-Gummiab-
fälle (ca. 400 T Jahrestonnen) werden gegenwärtig
noch in Zementöfen und E-Werken verbrannt (thermisch
entsorgt).
Die werkstoffliche Aufbereitung, d.h. das Mahlen
zu Gummigranulat bzw. -mehl ermöglicht es, inbesondere
verstärkungsmittelfreies Gummimehl sehr kleiner
Partikelgrößen (<0,4 mm) in einem speziellen reaktiven
Mischverfahren mit Kunststoffen zu Kompositwerkstoffen
(Blends und Elastomerlegierungen) zu verarbeiten.
In den Elastomerlegierungen ist das Gummimehl chemisch
und physikalisch mit der Kunststoffmarix gekoppelt.
Deshalb kommen diese Kompositwerkstoffe in ihren
Eigenschaften den der TPE (Thermoplastische Elastomere)
sehr nahe.
Das Projekt untersucht Einflüsse verschiedener Mahl-
prozesse auf die Qualität des Gummimehls und versucht
das Mischverhältnis der Ausgangskomponenten und den
Mischprozeß zu optimieren. Als Qualitätskriterien
für diese experimentellen und theoretischen Arbeiten
gelten verschiedene mechanisch-physikalische Eigenschaften
von Formteilen, die nach unterschiedlichen Verarbeitungs-
methoden (Extrudieren, Formpressen, Spritzgießen)
aus den Kompositwerkstoffen hergestellt wurden.
Die Arbeitsgruppe um Dr. Michael von der TU Chemnitz
prüft die Eignung der Gummimehle, die nach dem noch
weitgehend unbekannten und von dem polnischen Projekt-
partner entwickelten Mahlverfahren, der sogen. SSSP-
Methode (Solid-State Shear Pulverisation) hergestellt
wurden, betreffs ihres Einsatzes als Hauptrezepturkomponente
in Elastomerlegierungen und speziellen Blends.
Im SSSP-Zerkleinerungsprozeß werden die Gummiwerkstoffe
höchsten Scherkräften ausgesetzt. Die dadurch ent-
stehenden inneren Spannungen führen zur Zerkleinerung
des Gummis in feinste Partikel (0,1 …0,3mm) jedoch mit
sehr großen Oberflächen.
Sowohl die TU Chemnitz als auch die ATL Bydgoszcz
sind in der TPE-Forschung, ein Markt mit wachsender
Nachfrage, seit Jahren sehr erfolgreich. Ziel des
Projektes ist es, zusammen mit dem Fraunhofer Institut
UMSICHT Oberhausen, der Greiner RUBBERTEC GmbH Nürtingen
und weiteren Firmen der Gummiindustrie Kompetenzen
zusammenzuführen und somit neue Erkenntnisse auf dem
Gebiet des Kunststoff- und Gummirecyclings zu gewinnen,
die kurzfristig in die Praxis umgesetzt werden können.
Das Projekt wird als Auftakt gemeinsamer Forschungs-
kooperationen verstanden und wird im Rahmen einer
gemeinsamen Ausschreibung des Auswärtigen Amtes und
des BMBF zum Deutsch-Polnischen Jahr 2005/2006 mit
Mitteln des BMBF gefördert.
info:eu-repo/classification/ddc/600
ddc:600
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Altgummi
Kurs
Mahlen
Mischen
Polymercompound
Recycling
Deutsch-Polnischer Workshop
Deutsch-Polnisches Jahr 2005/2006
Gummimehl-Kunststoff-Compounds
Gummimehlcharakterisierung
Mahlen von Gummi
Werkstoffliche Verwertung von Alt- und Abfallgummi
reaktives Mischen
Mennig, Günter
Michael, Hannes
Technische Universität Chemnitz
G. Mennig, Chemnitz
H. Michael, Chemnitz
2006-11-15
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:conferenceObject
info:eu-repo/semantics/conferenceObject
doc-type:Collection
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2020-11-17T09:49:54Z
qucosa:ubc
doc-type:lecture
doc-type:Text
open_access
ddc:540
ddc:620
ddc:621.3
ddc:660
status-type:publishedVersion
openaire
ALD of Copper and Copper Oxide Thin Films For Applications in Metallization Systems of ULSI Devices
urn:nbn:de:bsz:ch1-200800914
eng
As a possible alternative for growing seed layers required for electrochemical Cu deposition of metallization systems in ULSI circuits, the atomic layer deposition (ALD) of Cu is under consideration. To avoid drawbacks related to plasma-enhanced ALD (PEALD), thermal growth of Cu has been proposed by two-step processes forming copper oxide films by ALD which are subsequently reduced.
This talk, given at the 8th International Conference on Atomic Layer Deposition (ALD 2008), held in Bruges, Belgium from 29 June to 2 July 2008, summarizes the results of thermal ALD experiments from [(<sup><i>n</i></sup>Bu<sub>3</sub>P)<sub>2</sub>Cu(acac)] precursor and wet O<sub>2</sub>. The precursor is of particular
interest as it is a liquid at room temperature and thus easier to handle than frequently utilized solids such as Cu(acac)<sub>2</sub>,
Cu(hfac)<sub>2</sub> or Cu(thd)<sub>2</sub>. Furthermore the substance is non-fluorinated, which helps avoiding a major source of adhesion issues repeatedly observed in Cu CVD.
As result of the ALD experiments, we obtained composites of metallic and oxidized Cu on Ta and TaN, which was determined by angle-resolved XPS analyses. While smooth, adherent films were grown on TaN in an ALD window up to about 130°C, cluster-formation due to self-decomposition of the precursor was observed on Ta. We also recognized a considerable dependency of the growth on the degree of nitridation of the TaN. In contrast, smooth films could be grown up to 130°C on SiO<sub>2</sub>and Ru, although in the latter case the ALD window only extends to about 120°C. To apply the ALD films as seed layers in subsequent electroplating processes, several reduction processes are
under investigation. Thermal and plasma-assisted hydrogen treatments are studied, as well as thermal treatments in vapors of isopropanol, formic acid, and aldehydes. So far these attempts were most promising using formic acid at temperatures between 100 and 120°C, also offering the benefit of avoiding agglomeration of the very thin ALD films on
Ta and TaN. In this respect, the process sequence shows potential for depositing ultra-thin, smooth Cu films at temperatures below 150°C.
ALD
Atomic Layer Deposition
Atomlagenabscheidung
Bis(tri-n-butylphosphan)kupfer(I)acetylacetonat
info:eu-repo/classification/ddc/540
ddc:540
info:eu-repo/classification/ddc/620
ddc:620
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Ameisensäure
Dampfdruck
Integrierte Schaltung
Kupfer
Kupferoxide
Metallisieren
Metallisierungsschicht
Metallorganische Verbindungen
Ruthenium
Röntgen-Photoelektronenspektroskopie
Sauerstoff
Silicium
Siliciumdioxid
Tantal
Tantalnitride
ULSI
Verkupferung
Wasserdampf
Waechtler, Thomas
Oswald, Steffen
Roth, Nina
Lang, Heinrich
Schulz, Stefan E.
Gessner, Thomas
Technische Universität Chemnitz
Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW), Dresden
Fraunhofer-Einrichtung für Elektronische Nanosysteme (ENAS), Chemnitz
American Vacuum Society (AVS)
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2008-07-15
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:lecture
info:eu-repo/semantics/lecture
doc-type:Text
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oai:qucosa:de:qucosa:19121
2021-03-29T09:55:04Z
qucosa:ubc
doc-type:article
doc-type:Text
open_access
ddc:530
ddc:540
ddc:620
ddc:621.3
ddc:660
openaire
Copper Oxide Films Grown by Atomic Layer Deposition from Bis(tri-n-butylphosphane)copper(I)acetylacetonate on Ta, TaN, Ru, and SiO2
urn:nbn:de:bsz:ch1-200900734
eng
10.1149/1.3110842
0013-4651
The thermal atomic layer deposition (ALD) of
copper oxide films from the non-fluorinated yet
liquid precursor
bis(tri-<it>n</it>-butylphosphane)copper(I)acetylacetonate,
[(<sup><it>n</it></sup>Bu<sub>3</sub>P)<sub>2</sub>Cu(acac)],
and wet O<sub>2</sub> on Ta, TaN, Ru and SiO<sub>2</sub>
substrates at temperatures of < 160°C is
reported. Typical temperature-independent
growth was observed at least up to 125°C with
a growth-per-cycle of ~ 0.1 Å for the metallic
substrates and an ALD window extending down to
100°C for Ru. On SiO<sub>2</sub> and TaN the ALD window
was observed between 110 and 125°C, with
saturated growth shown on TaN still at 135°C.
Precursor self-decomposition in a chemical
vapor deposition mode led to bi-modal growth
on Ta, resulting in the parallel formation of
continuous films and isolated clusters. This
effect was not observed on TaN up to about
130°C and neither on Ru or SiO<sub>2</sub> for any
processing temperature. The degree of
nitridation of the tantalum nitride underlayers
considerably influenced the film growth. With
excellent adhesion of the ALD films on all
substrates studied, the results are a promising
basis for Cu seed layer ALD applicable to
electrochemical Cu metallization in interconnects
of ultralarge-scale integrated circuits.<br>
© 2009 The Electrochemical Society. All rights reserved. <br>
Es wird die thermische Atomlagenabscheidung
(ALD) von Kupferoxidschichten, ausgehend von
der unfluorierten, flüssigen Vorstufenverbindung
Bis(tri-<it>n</it>-butylphosphan)kupfer(I)acetylacetonat,
[(<sup><it>n</it></sup>Bu<sub>3</sub>P)<sub>2</sub>Cu(acac)],
sowie feuchtem Sauerstoff,
auf Ta-, TaN-, Ru- und SiO<sub>2</sub>-Substraten bei
Temperaturen < 160°C berichtet. Typisches
temperaturunabhängiges Wachstum wurde zumindest
bis 125°C beobachtet.
Damit verbunden wurde für
die metallischen Substrate ein Zyklenwachstum
von ca. 0.1 Å erzielt sowie ein ALD-Fenster,
das für Ru bis zu einer Temperatur von 100°C
reicht. Auf SiO<sub>2</sub> und TaN wurde das
ALD-Fenster
zwischen 110 und 125°C beobachtet, wobei auch
bei 135°C noch gesättigtes Wachstum auf TaN
gezeigt werden konnte. Die selbständige
Zersetzung des Precursors ähnlich der chemischen
Gasphasenabscheidung führte zu einem bimodalen
Schichtwachstum auf Ta, wodurch gleichzeitig
geschlossene Schichten und voneinander isolierte
Cluster gebildet wurden. Dieser Effekt wurde auf
TaN bis zu einer Temperatur von 130°C nicht
beobachtet. Ebensowenig trat er im untersuchten
Temperaturbereich auf Ru oder SiO<sub>2</sub> auf. Der
Nitrierungsgrad der TaN-Schichten beeinflusste
hierbei das Schichtwachstum stark. Mit einer
sehr guten Haftung der ALD-Schichten auf allen
untersuchten Substratmaterialien erscheinen die
Ergebnisse vielversprechend für die ALD von
Kupferstartschichten, die für die
elektrochemische Kupfermetallisierung in
Leitbahnsystemen ultrahochintegrierter
Schaltkreise anwendbar sind.
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ddc:660
Atomschichtepitaxie
Dampfdruckkurve
Diffusionsbarriere
Diketonate <beta>
Durchstrahlungselektronenmikroskopie
Elektronen-Energieverlustspektroskopie
Elektronenbeugung
Ellipsometrie
Kraftmikroskopie
Kupferkomplexe
Kupferoxide
Metallisieren
Metallisierungsschicht
Phosphane
Rasterelektronenmikroskop
Ruthenium
Röntgen-Photoelektronenspektroskopie
Siliciumdioxid
Tantal
Tantalnitride
ULSI
Atomic Layer Deposition (ALD)
Atomic force microscopy (AFM)
Beta-Diketonate
Copper Oxide
Copper(I)
Damascene
Diffusion Barrier
Electron diffraction
Electron energy loss spectroscopy (EELS)
Interconnect
Metallization
Scanning electron microscopy (SEM)
Silicon Oxide
Spectroscopic ellipsometry
Tantalum
Tantalum Nitride
Transmission electron microscopy (TEM)
Vapor Pressure
X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)
Waechtler, Thomas
Oswald, Steffen
Roth, Nina
Jakob, Alexander
Lang, Heinrich
Ecke, Ramona
Schulz, Stefan E.
Gessner, Thomas
Moskvinova, Anastasia
Schulze, Steffen
Hietschold, Michael
Technische Universität Chemnitz
Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW), Dresden
Fraunhofer-Einrichtung für Elektronische Nanosysteme (ENAS), Chemnitz
The Electrochemical Society, Inc. (ECS)
2009-05-02
Journal of The Electrochemical Society, Vol. 156, No. 6, pp. H453-H459 (2009); Digital Object Identifier (DOI): 10.1149/1.3110842
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2021-03-29T09:56:26Z
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openaire
Copper Oxide ALD from a Cu(I) <beta>-Diketonate: Detailed Growth Studies on SiO2 and TaN
urn:nbn:de:bsz:ch1-200901741
eng
10.1149/1.3205062
1938-5862
The atomic layer deposition (ALD) of copper oxide
films from [(<sup>n</sup>Bu<sub>3</sub>P)<sub>2</sub>Cu(acac)]
and wet oxygen on SiO<sub>2</sub> and TaN has
been studied in detail by spectroscopic
ellipsometry and atomic force microscopy.
The results suggest island growth on SiO<sub>2</sub>,
along with a strong variation of the optical
properties of the films in the early stages of
the growth and signs of quantum confinement,
typical for nanocrystals. In addition, differences
both in growth behavior and film properties
appear on dry and wet thermal SiO<sub>2</sub>.
Electron diffraction together with transmission
electron microscopy shows that nanocrystalline
Cu<sub>2</sub>O with crystallites < 5 nm is
formed, while upon prolonged electron
irradiation the films decompose and metallic
copper crystallites of approximately 10 nm
precipitate. On TaN, the films grow in a
linear, layer-by-layer manner, reproducing the
initial substrate roughness. Saturated growth
obtained at 120°C on TaN as well as dry and
wet
SiO<sub>2</sub> indicates well-established ALD
growth regimes.
<br>
© 2009 The Electrochemical Society.
All rights reserved.
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Atomschichtepitaxie
Ausgangsmaterial
Beschichten
Diketonate <beta>
Durchstrahlungselektronenmikroskopie
Dünne Schicht
Ellipsometrie
Kraftmikroskopie
Kupferkomplexe
Kupferoxide
Nanopartikel
Nanotechnologie
Schichtwachstum
Siliciumdioxid
Tantalnitride
Atomic Layer Deposition (ALD)
Copper oxide
Kupfer(I)
Waechtler, Thomas
Roth, Nina
Mothes, Robert
Schulze, Steffen
Schulz, Stefan E.
Gessner, Thomas
Lang, Heinrich
Hietschold, Michael
Technische Universität Chemnitz
Fraunhofer ENAS
The Electrochemical Society, Inc.
2009-11-03
ECS Transactions, Vol. 25, No. 4, pp. 277-287 (2009); Digital Object Identifier (DOI): 10.1149/1.3205062
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2021-03-29T10:33:42Z
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openaire
Closure relations for CFD simulation of bubble columns
urn:nbn:de:bsz:d120-qucosa-144231
eng
This paper describes the modelling of bubbly flow in a bubble column considering non-drag forces, polydispersity and bubble induced turbulence using the Eulerian two-fluid approach. The set of used closure models describing the momentum exchange between the phases was chosen on basis of broad experiences in modelling bubbly flows at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. Polydispersity is modeled using the inhomogeneous multiple size group (iMUSIG) model, which was developed by ANSYS/CFX and Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. Through the importance of a comprehensive turbulence modeling for coalescence and break-up models, bubble induced turbulence models are investigated. A baseline has been used which was chosen on the basis of our previous work without any adjustments. Several variants taken from the literature are shown for comparison. Transient CFD simulations are compared with the experimental measurements and Large Eddy Simulations of Akbar et al. (2012).
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ddc:530
Blasensäule; Numerische Strömungssimulation; Mehrphasenströmung; Verfahrenstechnik
Blasensäule, two-fluid-model, Mehrphasen, Blasenkräfte, Turbulenz
Bubble column, two-fluid model, bubble forces, bubble induced turbulence
Ziegenhein, Thomas
Lucas, Dirk
Rzehak, Roland
Krepper, Eckhard
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
ICMF 2013
2014-05-28
8th International Conference on Multiphase Flow - ICMF 2014, Jeju, Korea, May 26-31, 2013
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Über die Wechselwirkung von Sulfosuccinaten mit gegerbtem Kollagen: ein Beitrag zu den Grundlagen der Lederfettung
urn:nbn:de:swb:105-249177
ger
In der Arbeit wurde der Einfluss des Einsatzes ethoxylierter Sulfosuccinate auf die Weichheit kollagener Substrate untersucht. Als kollagene Substrate dienen chromiertes Hautpulver und chromgegerbte Leder (Wet-blue). Speziell dem Einfluss der Kettenlänge der Sulfosuccinate, dem Angebot und den Applikationsbedingungen auf die Isolierung der Fibrillen des Kollagens (durch REM-Aufnahme belegt) wurde dabei besondere Aufmerksamkeit gewidmet und das C14-ethoxylierte Sulfosuccinat als am geeignetsten erkannt. Anhand der Berechnung der Fettbedeckung der Kollagen-Strukturelemente, der kritischen Mizellbildungskonzentration der Sulfosuccinatlösungen sowie der Veränderung des isoelektrischen Punktes des Kollagens wurde die Ablagerung der Fettmoleküle diskutiert und das Auftreten von ionischen und hydrophoben Wechselwirkungen nachgewiesen. Die Ergebnisse sind ein Beitrag zur Theorie der Fettung von Kollagen und zur Optimierung der Lederfettung.
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Chromgerbung, Fettung, Kettenlänge, Kollagen, Leder, Sulfosuccinat, Tablettentest, Tenside, Wechselwirkung, Weichheit
Gutterres Soares, Mariliz
Holldorf, Horst
Stoll, Michael
Anders, Frank
TU Bergakademie Freiberg
2009-07-09
2001-01-05
2001-03-02
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2021-03-29T10:36:18Z
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openaire
Prozessoptimierung der Sulfonierung von vernetzten Copolymeren zur Herstellung von Hochleistungsaktivkohlen
urn:nbn:de:swb:105-5888817
ger
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung von Hochleistungsaktivkohlen mit definiert ausgeprägter Porenstruktur. Zunächst wurden Copolymere mit unterschiedlichem Vernetzungsgrad hinsichtlich ihrer Eignung zur Herstellung synthetischer Aktivkohlen im Labormaßstab untersucht. Die Rolle der Sulfonierungsparameter für die Aktivkohlequalität wird anhand ausgewählter Beispiele untersucht und dargestellt. Wichtig für die Realisierung der erforderlichen Prozessparameter ist die technische Umsetzung in einem geeigneten Reaktorsystem. Mit den im Pilotreaktor durchgeführten Sulfonierversuchen konnten die Gültigkeit des Scale-up bewiesen und die im Labormaßstab gefundenen Zusammenhänge übertragen werden.
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ddc:660
Sulfonierung, Copolymere, Aktivkohle, Reaktionsoptimierung
Günther, Holger
Heschel, W.
Dimmig, T.
Wienhaus, O.
TU Bergakademie Freiberg
2009-07-10
2001-06-27
2001-11-27
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openaire
Herstellung von kohlenstoffhaltigen Adsorbentien aus polymeren Ausgangsprodukten unter Anwendung eines neuentwickelten Pyrolysereaktors
urn:nbn:de:swb:105-9168384
ger
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Nutzung polymerer Ausgangsmaterialien für die Herstellung von Hochleistungsaktivkohlen mit definiert ausgeprägter Porenstruktur unter Anwendung eines neu entwickelten Pyrolysereaktors. Es werden verschiedene Produkte und deren Verhalten bei der Pyrolyse vorgestellt und auf der Grundlage anwendungsspezifischer Kriterien bewertet. Die bei der Sulfonierung als notwendige Copolymervorbehandlung wirkenden Parameter haben einen entscheidenden Einfluss auf die resultierende Koks- und Aktivkohlequalität. Dadurch ist es möglich, genau definierte Porenstrukturen herzustellen. Die Rolle der Sulfonierungs- und Pyrolyseparameter für die Aktivkohlequalität wird dargestellt. Bezüglich der technischen Umsetzung wurde ein Pyrolysereaktor entwickelt, der sich durch ein schmales Partikelverweilzeitspektrum bei gleichzeitig guter Feststoffdurchmischung auszeichnet. Durch umfangreiche Kaltversuche konnten grundlegende Abhängigkeiten zum Transport- und Verweilzeitverhalten ermittelt werden, mit deren Hilfe der Reaktor auf den jeweiligen Anwendungsfall angepasst und optimiert werden kann. Die Tauglichkeit unter Betriebsbedingungen wurde nachgewiesen.
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ddc:660
Pyrolyse, Aktivkohle
Müller, Dirk
Heschel, W.
Klose, W.
Klose, E.
Brückner, P.
TU Bergakademie Freiberg
2009-11-25
2000-04-04
2000-11-03
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2021-03-29T10:36:34Z
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openaire
Der strukturelle Einbau von Eisenionen in Alkali-Erdalkalisilikat- und Alumosilikatgläsern sowie die Charakterisierung der Eigenschaften der Gläser
urn:nbn:de:swb:105-6433976
ger
In dieser Arbeit wird der Einfluss von höheren (bis 9 Ma.%) Eisenoxidgehalten auf die Struktur und Eigenschaften von zwei Typen der Silikatgläser untersucht. Die Aufklärung der Struktur erfolgte durch den Einsatz der Mössbauer- und der Lichtspektroskopie. Es konnte gezeigt werden, dass Eisen unabhängig von der Wertigkeit in Alkali- Erdalkali-Silikatgläsern bei oxidierenden Bedingungen in tetraedrischer Koordination vorliegt, während unter reduzierenden Bedingungen die oktaedrische Koordination bevorzugt wird. Bei Alumosilikatgläsern liegt Fe2+ stets 6 fach-koordiniert vor, während Fe3+ die Koordination von 4 zu 6 ändert. Auf Grund ihrer Bedeutung für die Schmelze und Verarbeitung der Gläser wurden die Viskosität in zwei Bereichen, der Transformations- und Einsinkpunkttemperatur, die Wärmedehnung, die Mikrohärte, die Dichte, die Kristallisation und die elektrische Leitfähigkeit der Schmelze näher untersucht. Mit Hilfe der Strukturuntersuchungen konnte die Änderung erklärt werden.
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ddc:660
Glas, Eisen, Mössbauerspektroskopie, Koordination, Eigenschaften
Zawada, Anna
Hessenkemper, Heiko
Hülsenberg, Dagmar
Nitkiewicz, Zygmunt
TU Bergakademie Freiberg
2009-07-11
2002-05-02
2002-11-06
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openaire
Untersuchungen zur Herstellung und Charakterisierung von Kohlenstoffmembranen auf der Basis von Cellulose und Cellulosederivaten
urn:nbn:de:swb:105-638742
ger
Es wurden neue unkonventionelle Wege zur Herstellung kostengünstiger Kohlenstoffkompositmembranen untersucht, welche in Spezialgebieten der Membrantechnik zur Filtration aggressiver Flüssigmedien hätten eingesetzt werden können. Als Ausgangsmaterialien kamen sowohl für den Trägerkörper und die Zwischenschicht als auch für die Trennschicht Cellulose bzw. cellulosehaltige Materialien zum Einsatz, deren Kohlenstoffausbeuten durch thermogravimetrische Analyse (TGA) bestimmt wurden. Zum Zwecke der Trennschichtpräparation wurden diese in geeigneten organischen Lösungsmitteln gelöst. Darüber hinaus wurden erstmals anorganische Salzhydratschmelzen sowie wäßrige Salz-Wasser-Systeme zum Aktivieren, Lösen oder Suspendieren der Cellulose eingesetzt. Das Aufbringen der Celluloselösungen auf dem Trägerkörper erfolgte durch Tauchen, Sprühen, Rakeln und Infiltration. Zur Charakterisierung der erhaltenen Membranen kamen vor allem die Raseterelektronenmikroskopie (REM) gekoppelt mit EDX und die Kapillarfluß-Porosimetrie (CFP) zum Einsatz.
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ddc:660
Poröse Membran, Kompositmembran, Kohlenstoffwerkstoff, Cellulose, Cellulosederivate
Pötzschke, Jörg
Härtel, Georg
Voigt, Wolfgang
Peters, Thomas
TU Bergakademie Freiberg
2009-07-11
2002-12-19
2003-06-30
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2021-03-29T10:36:45Z
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ddc:660
openaire
Einflussfaktoren auf die Kieselgurfiltration von Bier
urn:nbn:de:swb:105-92224
ger
Die Kuchenfiltration wird in der Literatur oft als Oberflächenfiltration eingestuft, obwohl Tiefenfiltrationseffekte vorhanden sind. In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Einflussfaktoren auf die Kieselgur-Kuchenfiltration von Bier im allgemeinen und auf den Tiefenfiltrationsanteil im speziellen untersucht. Zunächst wird festgestellt, dass man die schlechte Filtrierbarkeit von bestimmten Bieren auf das Vorhandensein erheblicher Mengen von Trubstoffen &lt; 2 µm zurückführen kann. Deshalb wird die Abtrennung dieser Trubstoffe getrennt von jenen &gt; 2 µm bewertet. Die Bierfiltration beruht zu großen Teilen auf mechanischen Vorgängen. Feine Trubstoffe werden bevorzugt in der Filterschichttiefe abgetrennt, gröbere Partikeln eher am Schichteintritt. Aufgrund der Versuchsergebnisse wird eine Modellvorstellung zum Abtrennungsverhalten und ein einfaches Rechenmodell zur Optimierung der eingesetzten Filterhilfsmittelkonzentration vorgestellt.
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ddc:660
Filtration, Bier, Tiefenfiltration, Kuchenfiltration, Kieselgur, Granulometrie
Hebmüller, Frank
Husemann, Klaus
Eßlinger, Michael
Geiger, Eberhard
TU Bergakademie Freiberg
2009-07-11
2002-09-23
2003-07-16
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ddc:621.3
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openaire
Der Einfluss einer Gasdurchströmung auf die Fließeigenschaften leicht verdichteter Schüttgüter
urn:nbn:de:swb:105-1478141
ger
Im Rahmen dieser Arbeit wird der Einfluss einer Gasdurchströmung auf die Fließeigenschaften von Schüttgutern beschrieben. Es wird ein dafür geeignetes Ringschergerät vorgestellt. Die Untersuchungen zeigten, dass eine Gasdurchströmung die Normalspannungen im Schüttgut beeinflussen. Dadurch verändern sich auch die Scherspannungen und damit die Fließkennwerte. Es wurde ein Modell entwickelt, das die Veränderung der Normalspannung beschreibt. Auf dieser Grundlage kann die Änderung der Fließkennwerte ermittelt werden. Das Modell kann auf verschiedene technische Apparaturen übertragen werden.
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Schüttguttechnik, Ringschergerät, Fließeigenschaften, Gasdurchströmung
Klein, Jens
Husemann
Graichen
Schwedes
TU Bergakademie Freiberg
2009-12-08
2002-09-06
2003-06-23
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openaire
Herstellung und Untersuchung von alternativen Sorptionsmitteln auf der Basis von Naturstoffen und biostämmigen Rohstoffen
urn:nbn:de:swb:105-9976748
ger
Auf der Basis von Naturstoffen (z.B. Holz, Gras, Stroh) und biostämmigen Rohstoffen (Braunkohle, Braunkohlenxylit) wurden Sorptionsmittel hergestellt, die sich sowohl durch gute Handlingseigenschaften als auch durch eine hohe Affinität gegenüber Schwefeldioxid auszeichnen. Es werden als Aktivierungsverfahren die Nassaufschlussmahlung und die Dispergierung von reaktiven Substanzen in einer Trägermatrix vorgestellt. Die Nassaufschlussmahlung von organischen Materialien bewirkt die Erhöhung der Reaktivität, die zur Anlagerung von Schadgasmolekülen ausgenutzt werden kann. Reaktive Substanzen, wie z.B. Löschkalk, lassen sich in Faserstoffen oder Granulaten homogen dispergieren, so dass deren Reaktionspotenzial für die Abscheidung von SO2 vollständig ausgeschöpft werden kann. Die Sorption von Schwefeldioxid wird dabei vorrangig durch chemische Umwandlung des Löschkalkes erreicht. Auf die Sorptionseigenschaften der Materialien haben sowohl stoffspezifische Eigenschaften als auch unterschiedliche Herstellungsparameter und vor allem die Versuchsbedingungen beim Sorptionsprozess entscheidenden Einfluss.
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ddc:660
Sorptionsmittel, Adsorbens, Xylit , Calciumhydroxid, Granulat, Braunkohle, Naturstoff, Nassmahlen, Faserstoff, Schwefeldioxid, Calciumsulfit
Straßburger, Ulrike
Naundorf, Wolfgang
Heschel, W.
Wienhaus, O.
TU Bergakademie Freiberg
2009-07-13
2003-07-08
2004-01-23
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openaire
Phasenausbildungen im System Al2O3-Y2O3-SiC und elektrische Eigenschaften von porösem flüssigphasengesinterten Siliciumcarbid
urn:nbn:de:swb:105-0639813
ger
Für das Sintern von SiC mit Al2O3 und Y2O3 als Additiv, insbesondere bei porösem flüssigphasengesinterten SiC, stellt die Kenntnis der Phasenbildung eine unverzichtbare Grundlage dar. Während der Sinterung kommt es zu einer Zersetzung des SiC durch die Oxide, in deren Folge auch yttriumhaltige Carbide gebildet werden. Diese yttriumhaltigen Carbide sind in feuchter Atmosphäre bei Raumtemperatur instabil. Mit Hilfe einer gemischten Gasatmosphäre aus Argon und CO lassen sich die zur Bildung der yttriumhaltigen Carbide führenden Reaktionen vermeiden. Entsprechend gesinterte poröse LPS-SiC Werkstoffe weisen im Gegensatz zu herkömmlich hergestellten porösen als auch dichten Materialien äußerst niedrige elektrische Widerstände mit nur sehr geringen Streuungen und niedrigen Temperaturkoeffizienten auf. Die Ursache für diese niedrigen Widerstände ist ein Gefüge, das sich durch besonders gut leitfähige Kornrandbereiche auszeichnet. Mit steigendem Additivgehalt sinkt der elektrische Widerstand und der Temperaturkoeffizient wird positiv.
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ddc:660
Siliciumcarbid, Widerstand , Spezifischer Widerstand, Phasendiagramm, Phasenumwandlung, Thermodynamik
Ihle, Jan
Aneziris, Christos S.
Aneziris, Christos G.
Hermel, Waldemar
Müller, Eberhard
TU Bergakademie Freiberg
2009-07-14
2004-05-07
2004-12-07
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ddc:621.3
ddc:660
openaire
Zerfall eines Flüssigkeitsstrahles bei periodischer Anregung
urn:nbn:de:swb:105-3015955
ger
Im Rahmen der verfassten Dissertation wurde der Zerfall eines Flüssigkeitsstrahles untersucht, dessen Austrittsgeschwindigkeit durch periodische Geschwindigkeitsschwankungen moduliert wurde. Dabei konnten Phänomene beobachtet werden, die sich in neun Kategorien klassifizieren lassen. In dem relevanten fünfparametrigen dimensionslosen Raum konnten alle beobachteten Phänomene gegeneinander abgegrenzt werden. Soweit dies möglich war, wurden die Lage bzw. der Verlauf der Grenzen quantitativ bestimmt. Anhand dieser Grenzen konnten die relevanten Einflussgrößen auf die entstehenden Strahlstrukturen beschrieben werden. Es konnten Aussagen bezüglich der Entstehungsmechanismen gemacht werden. Die Untersuchungen wurden durch Auswertung der experimentell ermittelten Daten sowie durch numerische Berechnungen vorgenommen.
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ddc:660
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ddc:620
Flüssigkeitsstrahl, Zerfall, Modulation, Anregung, Zerstäubung, Tropfen, Einspritzung, Geschwindigkeitsverteilung, Kennzahl, Düse, Experiment, Simulation, Flüssigkeit
Geschner, Frank
Obermeier, Frank
Wozniak, Günter
Groß, Ulrich
TU Bergakademie Freiberg
2009-12-08
2004-10-29
2005-03-18
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2021-03-29T10:37:55Z
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openaire
Verfahren zur Abtrennung von einwertigen Anionen aus alkalischen Prozesslösungen
urn:nbn:de:swb:105-1988488
ger
Ziel dieser Arbeit ist die Abtrennung von monovalenten Anionen wie Chlorid, Fluorid, Bromid und Nitrat aus hochkonzentrierten alkalischen wässrigen Lösungen, die als Matrix zweiwertigen Anionen (Carbonat und Sulfat) besitzen. Nach Auswertung der Literatur eignen sich vor allem die Verfahren Ionenaustausch und Nanofiltration für diesen Zweck. Die untersuchten Ionenaustauscher weisen eine geringe Selektivität für die einwertigen Anionen auf, so dass die für einwertige Anionen nutzbare Kapazität mit steigendem Gehalt an zweiwertigen Anionen sinkt. Dabei steigt die Kapazität in der Reihenfolge Fluorid→Chlorid→Bromid→Nitrat. Die beobachteten Selektivitäten bei der Nanofiltration steigen in der gleichen Reihenfolge, wobei die Trennrate zwischen ein- und zweiwertigen Anionen vom Membrantyp abhängt. Es konnte ein Zusammenhang zwischen den Kapazitäten der untersuchten stark basischen Anionenaustauscher für monovalente Anionen und den Rückhalten für diese Anionen bei den Nanofiltrationsmembranen mit den Ionenhydratationsparametern festgestellt werden.
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ddc:660
einwertige Anionen, Abtrennung, alkalische Prozesslösungen, Ionenaustausch, Nanofiltration, Alkalische Lösung, Anion, Trennverfahren
Mishina, Olga
Stelter, Michael
Bombach, Hartmut
Friedrich, Bernd
Roewer, Gerhard
TU Bergakademie Freiberg
2009-07-15
2005-03-02
2005-06-24
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ddc:620
ddc:621.3
ddc:660
openaire
Einfluss von Adsorptionsschichten auf die Fließeigenschaften feiner Schüttgüter
urn:nbn:de:swb:105-1712216
ger
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Einfluss von Adsorptionsschichten auf die Fließfähigkeit feuchter kohäsiver Schüttgüter in Abhängigkeit der relativen Luftfeuchte. Ziel ist der Nachweis einer Ver- bzw. Behinderung der Feuchteadsorption durch eine Hydrophobierung der Partikeloberfläche und die Untersuchung der Abhängigkeit des Feuchteaufnahmevermögens von Zusatzstoff, Substratmaterial und Oberflächeneigenschaften. Dazu wurden Kalksteinpulver und Mikroglaskugeln unterschiedlicher Kornform und Korngrößenverteilung mit oberflächenaktiven Substanzen beschichtet und die erfolgreiche Oberflächenmodifikation u.a über Randwinkelmessungen und Scherversuche belegt. Es konnte gezeigt werden, dass die Modifizierung der Oberfläche und die daraus resultierenden veränderten Oberflächen- sowie Benetzungseigenschaften zusatzstoffspezifisch sind und somit eine gezielte Verbesserung der Fließeigenschaften erreicht werden kann. Beschichtete Schüttgüter können je nach Art des Zusatzstoffes weniger Feuchtigkeit als unbehandelte Pulver adsorbieren, bilden geringere Haftkräfte im Partikelkontakt aus und besitzen ein günstigeres Fließverhalten. Weiterhin wird ein mathematisch-physikalisches Modell zur Abschätzung der Fließfähigkeit feiner Schüttgüter in Abhängigkeit der relativen Luftfeuchtigkeit und einer Oberflächenmodifikation unter Verwendung charakteristischer Schüttgutparameter entwickelt.
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ddc:660
info:eu-repo/classification/ddc/620
ddc:620
Fließverhalten, Schüttguttransport, Tensid, Rasterkraftmikroskopie, Teilchentechnologie, Schüttgut, Adsorptionsschicht
Schumann, Matthias
Husemann, Klaus
Tomas, Jürgen
Nebelung, Manfred
TU Bergakademie Freiberg
2009-12-08
2005-03-29
2005-11-11
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2021-03-29T10:38:06Z
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ddc:660
openaire
Struktur und Eigenschaften von TiO2-Schichten, abgeschieden durch reaktive plasmaaktivierte Elektronenstrahl-Bedampfung
urn:nbn:de:swb:105-0872211
ger
Titandioxidschichten wurden mittels reaktiver Elektronenstrahlbedampfung und mit reaktiver plasmaaktivierter Bedampfung bei hohen Beschichtungsraten abgeschieden. Die Plasmaaktivierung erfolgte mittels einer diffusen katodischen Bogenentladung. Die gebildeten Phasen – amorph, Anatas oder Rutil – sind von Substrattemperatur und ratebezogenem Sauerstoffdruck abhängig. Für die Bildung der kristallinen Phasen wird eine Substrattemperatur von mindestens 150 bis 200 °C benötigt. Ohne Plasmaaktivierung abgeschiedene Schichten sind durch eine hohe Porosität und einen Sauerstoffüberschuss gekennzeichnet. Mit Plasmaaktivierung werden dichtere Schichten mit stöchiometrischer Zusammensetzung abgeschieden. Damit verbunden sind deutlich höhere Werte für Brechungsindex, Härte und E-Modul, die mit den Bulkwerten der jeweiligen Phasen vergleichbar sind. Die kristallinen Schichten, insbesondere die mit Plasmaaktivierung abgeschiedenen Anatas-Schichten, zeichnen sich durch photoinduzierte Hydrophilie und hohe photokatalytische Aktivität aus. Die Beschichtungsrate ist mit 30 bis 70 nm/s ein bis zwei Größenordnungen gegenüber Magnetronsputtern höher. Die plasmaaktivierte Bedampfung mittels diffuser katodischer Bogenentladung eröffnet damit die produktive Abscheidung von dichten Titandioxidschichten bei hohen Beschichtungsraten auf großen Flächen für verschiedenste Anwendungen, z. B. als optische Schicht oder für Antibeschlagsausrüstung.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Titandioxid, Dünnschichttechnik, PVD-Verfahren, Elektronenstrahlverdampfen, Gefüge , Optische Eigenschaft, Hydrophiles Verhalten, Photokatalyse, Plasma, Stoffeigenschaft
Modes, Thomas
Oettel, Heinrich
Neidhardt, Andreas
Schultheiß, Eberhard
TU Bergakademie Freiberg
2009-07-16
2005-05-30
2006-01-20
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ddc:660
openaire
Aufbereitung der Extraktphase mittels Ultrafiltration bei der Schwermetallextraktion
urn:nbn:de:swb:105-6499063
ger
Ziel der Arbeit ist die Beschreibung des Membranverhaltens bzw. der Membraneigenschaften bei der Regeneration von Extraktionsmitteln der Metallextraktion durch Trennung von beladenen und unbeladenen Extraktionsmitteln mittels Ultrafiltration. Dazu wurden die Trennleistungen als Funktion von Druck, Temperatur und Solventzusammensetzung für verschiedene Membranmaterialien und -typen untersucht. Anhand von Sorptionsversuchen konnte die Löslichkeit der Komponenten der organischen Phase in den verschiedenen Polymermatrizen von Membranen aus regenerierter Cellulose bzw. Polyethersulfon und die adsorptive Gelschichtbildung als Funktion der Solventzusammensetzung, der Temperatur und des Membranmaterials aufgezeigt werden. Der Einfluss der Sorption, des Quellens und Kompaktierens auf das Materialverhalten konnte mittels einer Hochdruckmikrowaage und eines Laserscanner-Messstandes ermittelt werden. Die durch Veresterung und Wasserstoffbrückenbindung entstehende Gelschicht auf der Membranoberfläche, die letztendlich für die Rückgewinnung von unbeladenem Extraktionsmittel ausschlaggebend ist, kann mit Hilfe der Röntgenphotoelektronenspektroskopie, Rasterelektronen- und Rasterkraftmikroskopie nachgewiesen werden.
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ddc:660
Extraktion, Schwermetalle, Ultrafiltration, Schwermetall
Reinhart, Ralf
Härtel, Georg
Grabbert, Gert
Pötzschke, Jörg
TU Bergakademie Freiberg
2009-07-20
2005-11-08
2006-07-20
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2021-03-29T10:38:30Z
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ddc:660
openaire
Verfahrenstechnische Untersuchungen zur Optimierung der Biogasgewinnung aus nachwachsenden Rohstoffen
urn:nbn:de:swb:105-2074272
ger
In kontinuierlichen Gärversuchen für unterschiedliche nachwachsende Rohstoffe in Mono- und Cofermentation wurden die Grenzen der Prozessstabilität ermittelt. Als Kennwert für die Optimierung und den direkten Vergleich der Gärversuche ist nur die Methangasproduktion in m3 Methan/(m3 Fermentervolumen* d) geeignet. In der Cofermentation der nachwachsenden Rohstoffe mit Rindergülle konnten Synergieeffekte nachgewiesen werden, die zu einem verbesserten anaeroben Abbau der Biomasse führten. Die Anwendung des zweistufigen Verfahrens auf die Vergärung von Gerstenkörnern führte zu keiner Verbesserung der Prozessstabilität und der Methangasproduktion. Die Vorausberechnung der Methangasausbeute mit Hilfe des Futterwertes führte nur zu einer qualitativen Vergleichbarkeit unterschiedlicher Substratklassen und gab nicht die tatsächliche Methangasausbeute im Vergärungsversuch wieder.
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ddc:660
Biogas, Biogasgewinnung, Fermentation, Biomasse, Methan, Methanproduktion
Ohly, Nils
Pötke, Wolfgang
Schlömann, Michael
Specht, Ekkehard
TU Bergakademie Freiberg
2009-07-20
2006-08-08
2006-10-11
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2021-03-29T10:38:44Z
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ddc:660
openaire
Methylchlorpolysilane als SiC-Precursoren im präkeramischen Stadium: Strukturwandel und Einflussfaktoren
urn:nbn:de:bsz:105-635249
ger
Methylchlorpolysilane/polycarbosilane sind geeignete Vorstufen für Siliciumcarbid. Deren Überführung in den keramischen Zustand erfolgt durch Pyrolyse bis 1500 °C. Eine Steuerung der auf der katalytischen Disproportionierung von Disilanverbindungen basierenden Synthese und das Design der Precursoreigenschaften ist über die Gestaltung des Katalysators und Reaktionsregimes sowie Additive (z. B. borhaltigen Verbindungen) gegeben. Synthetisiert wurden unterschiedliche Polysilane, Polycarbosilane sowie neuartige Polyborocarbosilane. Der präkeramische Strukturwandel der Polymere lässt sich gezielt beeinflussen, insbesondere der Vernetzungsprozess durch thermischen Energie-Input sowie durch Zugabe von reaktiven Komponenten. Der Verlauf der Molekulargewichtsverteilungsfunktionen wurde mittels Gelpermeationschromatographie verfolgt und die ermittelten Molekulargewichte mit unterschiedlichen Standards bewertet. Die Precursoren sind pyrolytisch in mikroporöses SiC-Material überführbar. Eine Skalierung des Porendurchmessers über die Variation der Precursorstruktur gelang im Nanometerbereich. Anwendungsbeispiele wurden aufgezeigt.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Methylchlordisilane, Methylchlorpolysilane, Carbosilane, Siliciumcarbid, Precursoren, Polysilane, Polycarbosilane, Polyborocarbosilane, Disproportionierung, Präkeramik, Strukturwandel, Gelpermeationschromatographie, SiC, Membranen, Methylchlorsilane
Lange, Thomas
Roewer, Gerhard
Müller, Eberhard
Kroke, Edwin
TU Bergakademie Freiberg
2009-07-21
2005-04-07
2006-04-06
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2021-03-29T10:38:52Z
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ddc:660
openaire
Optimierung des Wärme- und Stofftransports bei der Kristallisation aus Halbleiterschmelzen
urn:nbn:de:bsz:105-5599894
ger
Bei der industriellen Herstellung von Halbleitern, wie Silizium und GaAs erfolgt die Züchtung ausnahmslos aus der Schmelze. Die dabei herrschenden Konvektionsverhältnisse in der Schmelze sind maßgeblich für die Verteilung von Dotierstoffen, Verunreinigungen und Defekten im Kristall verantwortlich. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss der RMF- (Rotierendes Magnetfeld) induzierten Strömung auf das Segregationsverhalten, bei der Züchtung von Ga-dotierten Germaniumkristallen nach dem Vertical-Gradient-Freeze Verfahren, numerisch und experimentell untersucht. Durch den Einsatz eines RMF lassen sich Kristalle mit einer verbesserten axialen und radialen Homogenität der Ladungsträgerverteilung herstellen. Weiterhin wurden Untersuchungen zur Schmelzkonvektion und zum Kohlenstofftransport bei der Herstellung von Solarsilizium nach dem Edge-defined Film-fed Growth-Verfahren durchgeführt. Die Ergebnisse der 3d-Modellierung zeigen, dass der Marangonieffekt einen wesentlichen Einfluss auf die Strömungsverhältnisse in der Schmelze und somit auf den Kohlenstofftransport hat.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Kristallzüchtung, Modellierung, Computersimulation, Magnetfeld, Versuchsanlage, Schmelze, erzwungene Strömung, Transportprozesse, Segregation / Werkstoff, Silicium, Germanium, Kohlenstoff, Halbleiter
Bellmann, Martin
Stelter, Michael
Möller, Hans Joachim
Cröll, Arne
TU Bergakademie Freiberg
2009-07-23
2007-05-30
2007-07-12
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2021-03-29T10:38:58Z
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openaire
Synthese neuer Silazan- und Borazinverbindungen: ein Zugang zu Precursoren für multinäre Keramiken
urn:nbn:de:bsz:105-3837769
ger
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese und Charakterisierung neuer Verbindungen in für die Erzeugung nichtoxidischer multinärer Hochleistungskeramiken aussichtsreichen Materialsystemen. Hierzu wurden Reaktionen von Silazanen mit Boran-Donor-Addukten, Tetrakis(dialkylamino)metallaten und Tetrachloriden von Elementen der 4. und 14. Gruppe des PSE sowie Hydroborierungen zwischen N-Trialkylborazinen und Vinylsilanen untersucht. Sowohl in Reaktionen mit Silazanen als auch in denen von Borazinen wurden neue Reaktionswege erschlossen, die vielfältige Optionen für eine Variation der Atomverhältnisse und der molekularen Struktur potenzieller Precursoren für multinäre Keramiken eröffnen. Insbesondere das cyclische Silazan 1,1,3,3,5,5-Hexamethylcyclotrisilazan erwies sich als Quelle zahlreicher neuer Verbindungen. Ausgewählte Moleküle der Elementsysteme SiCNB und SiCNTi wurden durch Hochtemperaturpyrolyse in thermischen Plasmen erstmals erfolgreich in keramische Schichten überführt.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Silazane, Borazine, chemische Synthese, Ausgangsmaterial, heißes Plasma, Hochleistungskeramik
Lehnert, Christian
Roewer, Gerhard
Kroke, Edwin
Langbein, Hubert
TU Bergakademie Freiberg
2009-07-23
2007-06-12
2007-11-02
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2021-03-29T10:38:58Z
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ddc:660
openaire
Entwicklung eines Verfahrens zur Granulierung von Kieserit-Düngemitteln
urn:nbn:de:bsz:105-5160572
ger
Kieserit ist neben Sylvin und Halit ein Hauptbestandteil des als Hartsalz bezeichneten Salzgesteines der deutschen Salzlagerstätten. In neuerer Zeit gewinnt der Kieserit (Magnesiumsulfat-monohydrat) zunehmende Bedeutung als schnell wirkender Magnesiumdünger zur Sulfat-Versorgung schwefelarmer Böden. Zur Überführung des Kieserits in hochwertiges Granulat ist die in der Kaliindustrie dominierende Kompaktier-Zerkleinerungs-Technologie nicht geeignet. Bei diesem Verfahren wird das Düngemittel durch Hochdruckverdichtung (p &gt; 150 MPa) ohne Bindemittel verpresst. Es konnte durch umfangreiche Versuche nachgewiesen werden, dass
1. die Kompaktier-Zerkleinerungs-Technologie erst dann geeignet ist, wenn die Prozessbedingungen stark verändert werden.
2. besonders hochwertige Granulate dann entstehen, wenn der Kieserit mit Gleitmitteln in Flachmatrizen-Pelletpressen geformt und verdichtet sowie nachfolgend auf w ≤ 2 % getrocknet wird.
Es wurde eine große Anzahl an Gleitmitteln erfolgreich getestet. Durch Reaktion zwischen Gleitmittel und Kieserit bei der Trocknung entstehen besonders hochwertige Granulate.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Agglomerieren, Pellet, Düngemittelherstellung, Pressen, Kieserit, Granulieren
Hoche, Antje
Naundorf, Wolfgang
Stahl, Ingo
Lotzien, Rainer
TU Bergakademie Freiberg
2009-07-23
2007-01-30
2007-09-13
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2021-03-29T10:39:12Z
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ddc:660
openaire
Untersuchungen zur Trockenentschwefelung von Brenngasen durch Partialoxidation von H2S an Herdofenkoks
urn:nbn:de:bsz:105-1437197
ger
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Untersuchungen zur Trockenentschwefelung von Brenngasen durch Partialoxidation von H2S an Herdofenkoks. Hierzu wurden Versuche in der Technikumsanlage VTE 2004 mit einem simulierten PHTW Gas durchgeführt. Es zeigte sich, dass der COS-Abbau nicht wie bisher angenommen durch die COS-Partialoxidation sondern durch die COS-Hydrolyse erfolgt. Die COS-Hydrolyse gewinnt dabei mit abnehmender Raumbelastung an Bedeutung. Der Entschwefelungsgrad erhöht sich mit steigendem Sauerstofffaktor und abnehmender Raumbelastung. Sauerstofffaktoren &gt;4 sind aufgrund des vollständigen H2S-Umsatzes und der nicht ablaufenden COS-Partialoxidation nicht sinnvoll. Die Gewinnung des abgeschiedenen Schwefels auf dem Herdofenkoks konnte nachgewiesen werden. Abschließende Berechnungen ergaben, dass sich mit den erreichten Schwefelkonzentrationen im Reingas das Verfahren im aktuellen Entwicklungsstand für die Vorentschwefelung im IGCC-Kraftwerk eignet.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Entschwefelung, Trockenentschwefelung, IGCC, H2S Partialoxidation, COS Hydrolyse, Herdofenkoks, Kohlevergasung, Brenngas
Bauersfeld, Dirk
Meyer, B.
Heschel, W.
Korobov, D.
TU Bergakademie Freiberg
2009-07-23
2007-04-04
2007-11-16
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2021-03-29T10:39:44Z
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ddc:660
openaire
Sterols and fatty acids extraction process from the cactus Opuntia ficus-indica [(L.) Miller] by means of supercritical CO2
urn:nbn:de:bsz:105-2810764
eng
After 120 years of Supercritical Fluids (SCF) discovering, practical applications began to be developed. The SCF extraction (SCFE) of sterol fraction and fatty acids from the prickly pear seeds' oil, considered sub-product from sweets processing, is compared to traditional extraction methods varying extraction time, modifier influence, temperature and pressure of supercritical CO2 as main solvent. The main substances found were β-sitosterol (BS), Linoleic Acid (LA) and Palmitic Acid (PA). Low BS extraction velocities were found during the pure CO2 extractions reaching the maximum yield after 55 min (0.09 mgBS/min), while by modified CO2 at 35 min (0.16 mgBS/min). Best BS extraction conditions were found 35 °C and 175 bar while for LA and PA 55 °C and 125 bar offering the possibility for a further fractionation given the different affinities ruled by the difference in molar mass. SCFE confirmed a higher selectivity by adjusting the extraction conditions, saving time and aggressive solvent handling compared to traditional extraction.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Extraktion, überkritischer Zustand, Phytosterine, Fettsäuren, Opuntie, Fraktionierung, Überkritischer Zustand
Bermejo Acosta, Gerardo
Härtel, Georg
Haseneder, Roland
Heilmeier, Hermann
Jacob, Mark
TU Bergakademie Freiberg
2009-07-27
2008-09-29
2008-12-15
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2021-03-29T10:40:08Z
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ddc:660
openaire
Wasserdampf- und n-Butanadsorption an Aktivkohle: Mechanismus, Gleichgewicht und Dynamik der Einkomponenten- und der Koadsorption
urn:nbn:de:bsz:105-0731898
ger
Schwerpunkt der Arbeit war die Entwicklung und Testung von Isothermenmodellen. Bezüglich der Einkomponentenadsorption von Wasserdampf an Aktivkohle wurden verschiedene theoriebasierte Modelle entwickelt, mit denen die für das System Wasserdampf/Aktivkohle typischen S-förmigen Isothermenverläufe gleich gut oder besser als mit allen bisher publizierten Modellen wiedergegeben werden können. Die Modellierung der Koadsorption blieb demgegenüber auf die Anwendung bekannter Modelle beschränkt, wobei jedoch zahlreiche Verbesserungen an diesen Modellen vorgenommen wurden. Im Ergebnis der Untersuchungen musste festgestellt werden, dass mit keinem der in der Literatur zu findenden Modelle die experimentellen Daten zufrieden stellend wiedergegeben werden können. Auf Basis der eigenen experimentellen Befunde zur Dynamik und zum Gleichgewicht der Koadsorption sowie der Auswertung der verfügbaren Literaturdaten wurde daher eine Theorie zum Mechanismus der Koadsorption vorgeschlagen, die in künftigen Arbeiten als Ausgangspunkt für die Entwicklung besserer Gemischisothermenmodelle dienen kann.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Adsorption, Koadsorption, Wasserdampf, Butan n-, Aktivkohle
Neitsch, Marcel
Heschel, Wolfgang
Suckow, Matthias
Radeke, Karl-Heinz
TU Bergakademie Freiberg
2009-08-03
2005-12-02
2006-03-31
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doc-type:doctoralThesis
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2021-03-29T10:40:09Z
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doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
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ddc:660
openaire
Untersuchungen auf dem Gebiet der Al-Mg-Si- und Al/Mg2Si-in-situ Legierungen
urn:nbn:de:bsz:105-366350
ger
Das Ziel dieser Arbeit bestand in der Entwicklung eines Werkstoffes auf Basis der Legierung AlSi13,5Mg9,5 (=Al-15Mg2Si-8Si), die sich durch ein verbessertes Verschleißverhalten, geringere thermische Ausdehnung und geringere Dichtewerte auszeichnet. Eine wesentliche Aufgabe der Arbeit bestand in der Einstellung bester mechanischer Eigenschaften durch die Feinung der Primär-Phase (Mg2Si) sowie durch Mikrolegieren. Ausbleibende Resultate begründeten die Wahl einer angepassten Legierungszusammensetzung AlMg8,6Si6,4 (=Al-14Mg2Si-1Si). Versuche zur Eigenschaftsoptimierung (Mikrolegieren, Wärmebehandlung) zeigten neben der Ermittlung der gießtechnischen Eigenschaften die spezifischen Legierungscharakteristika auf. Die Verarbeitung des optimierten Werkstoffes mit verschiedenen Verfahren machte die Abhängigkeit der Ausbildung der mechanischen Eigenschaften sowie des Gefüges deutlich. Die Untersuchung der thermo-physikalischen Eigenschaften sowie die Analyse der Wechselwirkungen zwischen Risswachstum und Gefüge runden die Beschreibung des Eigenschaftsprofiles ab.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Gusslegierung, Aluminium, Aluminiumlegierungen, Knetlegierung, Gießen, Gusswerkstoff, Legierung, Legierungselement, Intermetallische Verbindungen, Kornfeinung, Aluminiumlegierung, Mechanische Eigenschaft
Uyma, Falko
Eigenfeld, Klaus
Schumacher, Peter
Tonn, Babette
TU Bergakademie Freiberg
2009-08-03
2006-11-13
2007-03-19
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doc-type:doctoralThesis
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doc-type:Text
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2021-03-29T10:40:17Z
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doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
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ddc:660
openaire
Neuartige Technologieansätze zur Herstellung von C/SiC-Verbundwerkstoffen
urn:nbn:de:bsz:105-9078510
ger
Hintergrund dieser Arbeit war die Entwicklung keramischer faserverstärkter Hochleistungswerkstoffe auf der Basis von SiC. Es wurden 2D-Faserverstärkungen eingesetzt und verschiedene SiC-Pulverqualitäten (Submicron- und Nanopulver) betrachtet. Die Infiltration der Kohlenstofffasergewebe erfolgte elektrophoretisch aus einer ethanolischen SiC-Suspension und führte im Fall des Submicronpulvers zu einer vollständigen Infiltration. Die Verbunde wurden durch Stapeln der infiltrierten Gewebe erzeugt und sowohl drucklos als auch durch Heißpressen verdichtet. Durch Heißpressen war es möglich, faserverstärkte Verbunde herzustellen, die in Abhängigkeit vom Mischungsverhältnis der SiC-Pulver und von den Herstellungsparametern signifikant unterschiedliche mechanische Eigenschaften besaßen.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
kohlenstofffaserverstärktes SiC, Gewebeverstärkung, Elektrophorese, Verbundwerkstoff, Siliciumcarbid, Kohlenstofffaserverstärkte Keramik, Pulver, Gewebe, Elektrophorese
Dittrich, Rosemarie
Müller, Eberhard
Clasen, Rolf
Ziegler, Günter
TU Bergakademie Freiberg
2009-08-05
2007-01-25
2007-06-28
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2021-03-29T10:40:33Z
qucosa:tubaf
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
openaire
Tensidbeeinflusster Metallionendurchtritt durch Flüssig-flüssig-Phasengrenzen im elektrischen Feld
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa-27243
ger
Die Effektivität der Reaktivextraktion als Verfahren zur Stoffabtrennung aus wässrigen Lösungen mit organischen Lösungsmitteln lässt sich durch den Zusatz weiterer Stoffe deutlich steigern. Das können Co-Ionen, Lösungsvermittler und Stoffe sein, die die Phasengrenzfläche beeinflussen. Wichtigste Vertreter der letzteren Gruppe sind Tenside, die die Grenzflächenspannung zwischen den Phasen verringern. Sie werden in der industriellen Technik bereits seit Jahrzehnten mit gleich bleibendem Erfolg angewandt. Dabei sind die Vorgänge an der Phasengrenze, die durch die Tenside beeinflusst werden, noch nicht vollständig geklärt.
In diesem Umfeld ist auch die vorliegende Arbeit entstanden. Sie soll bereits am Lehrstuhl vorliegende Arbeiten ergänzen. Gegenstand der Untersuchungen ist der Einfluss von Tensiden auf die Extraktion von Schwermetallionen im elektrischen Feld, hier untersucht an dem kationischen Tensid Hexadecyltrimethylammoniumbromid (CTAB). Als Untersuchungsmethode wird die Polarographie verwendet. Der Ladungsdurchtritt durch die Grenzfläche Wasser/Quecksilber und deren Beeinflussung durch das Tensid werden für die Metallionen von Zink, Cadmium, Blei und Chrom bei unterschiedlichen pH-Werten untersucht. Es zeigt sich, dass die Modifizierung der Grenzfläche nur einen Teil der Beeinflussung ausmacht, weitere entstehen durch die chemische Modifizierung der vorhandenen Spezies. Weiterhin kann abgeleitet werden, dass trotz chemischer Verwandtschaft der eingesetzten Systeme eine klare Vorhersage der Beeinflussung nur begrenzt möglich ist. Der grundlegende Trend von Systemen mit chemisch ähnlicher Zusammensetzung ist zwar der gleiche, jedes System reagiert jedoch individuell in Abhängigkeit der genauen stofflichen Zusammensetzung und der Versuchsbedingungen, so dass stets konkrete Voruntersuchungen notwendig erscheinen.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Flüssig-flüssig-Extraktion, Flüssig-flüssig-Phasengrenze, Tensid, Polarographie
liquid-liquid extraction, liquid-liquid interface, surfactant, polarography
Paeslack, Ralf
Härtel, Georg
Thomas, Bertolt
Miller, Reinhard
TU Bergakademie Freiberg
2010-03-03
2009-01-07
2009-10-26
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doc-type:doctoralThesis
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doc-type:Text
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2021-03-29T10:40:45Z
qucosa:tubaf
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
openaire
Tensiometrische Stofftransportuntersuchungen
der Zinkextraktion mit dem
Kationenaustauscher Di(2-ethylhexyl)phosphorsäure: Tensiometrische Stofftransportuntersuchungen der Zinkextraktion mit dem Kationenaustauscher Di(2-ethylhexyl)phosphorsäure
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa-38580
ger
Es werden die Gleichgewichtskonstanten der Zinkextraktion ermittelt. Das Wilson-Modell und das erweiterte Debye-Hückel-Gesetz werden zur Beschreibung der Aktivitäten verwendet. Die tensiometrischen Untersuchungen erfolgen am hängenden Tropfen. Die Modellauswahl zur Beschreibung der Gleichgewichtsgrenzflächenspannung erfolgt im submizellaren Konzentrationsbereich. Die pseudo-nichtionische Modellierung auf der Basis der Langmuir-Isothermen der Mehrkomponentenadsorption bei Verwendung der Stern-Isothermen für die Gegenionenanreicherung liefert die beste Datenanpassung. Durch ein einfaches Modell zur Mizell- und Aggregatbildung gelingt die Modellerweiterung. Die gemessenen dynamischen Grenzflächenspannungskurven werden sorptionskinetisch und durch diffusive Approximationen angepasst. Es zeigt sich, dass der Stofftransport diffusionsdirigiert ist. Am oszillierenden Tropfen werden die Ergebnisse bestätigt. Für das Kationenaustauscheranion wird die Gültigkeit des Maxwell-Modells zur Beschreibung der Grenzflächendilatationsrheologie nachgewiesen.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Extraktion, Stofftransport, Grenzflächen, Einzeltropfenuntersuchungen, Adsorptionsgleichgewichte, Adsorptionskinetik, Grenzflächenrheologie
Extraction, mass transfer, interface, single drop studies, adsorption equilibria, adsorption kinetics, interfacial rheology
Klapper, Peter
Härtel, Georg
Bart, Hans-Jörg
Miller, Reinhard
TU Bergakademie Freiberg
2010-06-28
2010-02-09
2010-06-09
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doc-type:doctoralThesis
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doc-type:Text
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2021-03-29T10:40:58Z
qucosa:tubaf
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
openaire
Ein Beitrag zur Modellierung von Dampfreformern für erdgasbetriebene Brennstoffzellenheizgeräte
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa-63712
ger
Eine kompakte und effiziente Wasserstofferzeugung aus verfügbaren Energieträgern ist für die Marktfähigkeit von Brennstoffzellenheizgeräten essentiell. Der Auslegung von Reformern für PEM-Brennstoffzellen kommt eine große Bedeutung zu, da bei diesem Brennstoffzellentyp keine interne Reformierung möglich ist. In dieser Arbeit werden die mathematische Modellierung der Dampfreformierung von Erdgas, die Rolle der eingesetzten Katalysatoren und die Problematik von Wärme- und Stofftransportprozessen untersucht. Für fünf kommerzielle Nickel- und einen Rhodiumkatalysator werden die Kinetik, die effektive Wärmeleitfähigkeit und der Diffusionskoeffizient ermittelt. Unter Verwendung dieser Werte wird in einem Einzelpartikelmodell die Existenz und Signifikanz von intra- und extrapartikulären Stoff- und Temperaturgradienten evaluiert. Daraus werden für ein quasihomogenes Reaktormodell Modellparameter abgeleitet, die eine exakte Simulation unter Berücksichtigung der relevanten Phänomene zulassen. Schließlich wird ein Reaktormodell erstellt, welches mit Messwerten aus einem Versuchsreaktor validiert und für eine Sensitivitätsanalyse verwendet wird.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Wasserstofferzeugung; Erdgas; Brennstoffzelle
Reformer, Erdgas, Brennstoffzellen, Modellierung, Reaktinskinetik, Wärmetransportlimitierung, Stofftransportlimitierung
Reformer, Natural gas, Fuel cells, Simulation, Kinetics, Mass transfer limitations, Heat transfer limitations
Nitzsche, Jörg
Walter, Gerd
Mertens, Florian
Krause, Hartmut
TU Bergakademie Freiberg
2011-01-07
2009-12-02
2010-10-29
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
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doc-type:Text
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2021-03-29T10:40:58Z
qucosa:tubaf
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
openaire
Flammgespritzte Schichten im System Al2O3-TiO2-ZrO2
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa-63845
ger
Beim Flammspritzen von Mischungen im System Al2O3-TiO2-ZrO2 treten vielfältige Effekte auf. Es kommt z.B. zur Ausbildung eines amorphen Anteils, der in Form von amorphen Sublamellen, dem primären amorphen Anteil, und in dendritisch geprägten Bereichen, dem sekundären amorphen Anteil im Gefüge vorliegt. Dieser beeinflusst die mechanischen Eigenschaften deutlich. Bei einer Temperaturbehandlung entstehende Ausscheidungen von ZrO2 oder verschiedenen Zirkoniumtitanaten beeinflussen die mechanischen Eigenschaften ebenfalls signifikant.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Aluminiumoxidkeramik; Titandioxid; Zirkoniumoxidkeramik; Flammspritzen; Amorpher Zustand
Flammspritzen, Al2O3, TiO2, ZrO2, mechanische Eigenschaften, amorphe Phasen
thermal spray, Al2O3, TiO2, ZrO2, mechanical properties
Kratschmer, Tim
Aneziris, Christos G.
Quirmbach, Peter
TU Bergakademie Freiberg
2011-01-17
2010-07-08
2010-12-14
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
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2021-03-29T10:41:05Z
qucosa:tubaf
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
openaire
Virus removal in ceramic depth filters: the electrostatic enhanced adsorption approach
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa-66644
eng
Diese Arbeit untersucht den Einsatz von keramischen Materialien in der Trinkwasseraufbereitung mittels Filtration und fokussiert dabei die Entfernung von Viren. Herkömmliche, auf Kieselgur basierende Tiefenfilter (Filterkerzen) mit Porengrößen im unteren Mikrometerbereich, werden hinsichtlich ihres Rückhaltevermögens gegenüber Kolloiden (Viren sowie Polystyrolpartikel) untersucht, um deren Einsatzfähigkeit in der Entfernung von Mikroorganismen im Allgemeinen abschätzen zu können. Ferner wird gezeigt, wie durch ein einfaches Verfahren solche Filter modifiziert werden können, um auch kleinste Viren mit ca. 30 nm Durchmessern aus dem Rohwasser zu entfernen. Die Zugabe von MgO während der Granulierungsstufe im Herstellungsprozess der Filterkerzen bewirkt eine erhebliche Verbesserung des Virenrückhalts bis zu über 99.9999%. Die experimentellen Ergebnisse wurden dabei mit theoretischen Modellen verglichen, um Aussagen über die Mechanismen der Virenentfernung treffen zu können.:Contents
Chapter I Introduction 1
Chapter II Removal or inactivation of microorganisms, in particular viruses, for drinking water purposes with focus on small-scale, decentralised systems: A literature review 7
II. I Physical and chemical treatments 8
II. II Filtration processes 10
II. III Conclusions 15
Chapter III Mechanisms of adsorption in depth filtration 17
III.I Surface charge and the electrical double layer 18
III.II van der Waals interactions 22
III.III DLVO theory 23
III.IV Non-DLVO forces 25
III.V Extended DLVO Theory 27
Chapter IV Virus adsorption studies 29
IV.I A literature review 30
IV.I.I Virus concentration by adsorption-elution 33
IV.I.II Improved virus adsorption in filtration 35
IV.II The electrostatic enhanced adsorption approach 37
Chapter V Viruses 39
V.I Literature review 40
V.I.I Structure and morphology 40
V.I.II The viral life cycle 41
V.I.III Human pathogenic viruses in the aquatic environment 42
V.II Experimental 46
V.II.I The choice of viruses for adsorption studies 46
V.II.II Propagation and enumeration of the bacteriophages 48
V.II.III Characterisation of bacteriophages 51
V.III Results and discussion 54
V.III.I Production of high-titre and high-purity phage stocks 54
V.III.II Characteristics of bacteriophages 59
V.III.III Detection of a viral contaminant - the ‘Siphophage’ 64
Chapter VI The diatomaceous earth-based depth filter 69
VI.I Literature review 70
VI.I.I Diatomaceous earth 70
VI.I.II Retention of microorganisms in the DE-based depth filter 71
VI.II Experimental 73
VI.II.I Manufacturing the depth filter 73
VI.II.II Physical characterisation 74
VI.II.III Performing filter retention tests 75
VI.II.IV Latex retention test 76
VI.II.V Studying adsorption kinetics in a batch experiment 79
VI.II.VI Applying (X-)DLVO theory 80
VI.III Results and discussion 83
VI.III.I Characterisation of the depth filter 83
VI.III.II Latex removal in the depth filter 86
VI.III.III Filter performance on virus removal 94
VI.III.IV Batch-sorption experiments 99
VI.IV Summary and conclusions 102
Chapter VII The magnesium oxide modified depth filter 103
VII.I Experimental 104
VII.I.I Choice of the adsorbent material 104
VII.I.II Manufacturing the MgO-modified filter and characterisation methods 105
VII.II Results and discussion 106
VII.II.I The adsorbent: Magnesium oxide powder 106
VII.II.II Physical characterisation of modified depth filters 108
VII.II.III Virus removal in depth filters containing MgO 113
VII.II.IV Ageing behaviour of MgO modified filters 118
VII.II.V Discussion on the removal mechanisms 130
VII.III Summary and conclusions 134
Chapter VIII Summary, conclusions and outlook 135
VIII.I Summary and conclusions 136
VIII.II Outlook 137
Abbreviations, symbols and physical constants 139
Reference list 142
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Keramischer Filter; Tiefenfilter; Kieselgur; Viren; Adsorption
Adsorption, Viren, Bakteriophagen, MS2, PhiX714, Filtration, Desinfektion, isoelektrischer Punkt, Kieselgur, Keramik
adsorption, virus, bacteriophage, MS2, PhiX174, filtration, desinfection, isoelectric point, Kieselguhr, ceramic
Michen, Benjamin
Aneziris, Christos G.
Graule, Thomas
Fritsch, Johannes
TU Bergakademie Freiberg
2011-04-05
2010-12-01
2011-03-18
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
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2021-03-29T10:41:06Z
qucosa:tubaf
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
openaire
Numerische Strömungssimulation der Hochdruckvergasung unter Berücksichtigung detaillierter Reaktionsmechanismen
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa-66695
978-3-18-391803-4
ger
Vergasungsprozesse, bei denen kohlenstoffhaltige Ausgangsstoffe in ein vorwiegend aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid bestehendes Synthesegas umgewandelt werden, stellen eine Schlüsseltechnologie für eine zukünftige nachhaltige Rohstoffnutzung dar. Der Grund für den Einsatz von Hochdruckverfahren liegt in der Steigerung der Wirtschaftlichkeit. Die numerische Simulation der Hochdruckvergasung hat große Schnittmengen mit der Verbrennungssimulation. So kann die Flammenzone mit Hilfe von Verbrennungsmodellen beschrieben werden. In der Arbeit wurden Simulationen einer Versuchsanlage für Hochdruckvergasung mit Hilfe kommerzieller CFD-Codes und mit Hilfe des quelloffenen Codes OpenFOAM durchgeführt. Eine Analyse des Verbrennungsmodells ergab, dass die wesentlichen Reaktionen im Reformierungsbereich, wo kein freier Sauerstoff mehr vorhanden ist, nur unzureichend abgebildet wurden. Durch die Verwendung eines alternativen Ansatzes konnte der Modellierungsfehler deutlich reduziert werden.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Vergasung; Hochdruck; Numerische Strömungssimulation
Vergasung, Partialoxidation, CFD, Strömungssimulation, OpenFOAM, detaillierter Reaktionsmechanismus, Verbrennungsmodell, EDC-Modell
Gasification, Partial oxidation, CFD, OpenFOAM, detailed reaction mechanism, combustion model, EDC model
Rehm, Markus
Meyer, Bernd
Eiermann, Michael
TU Bergakademie Freiberg
2011-03-31
2010-05-07
2010-12-10
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
https://tubaf.qucosa.de/id/qucosa%3A22755
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oai:qucosa:de:qucosa:22756
2021-03-29T10:41:07Z
qucosa:tubaf
doc-type:bachelorThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
openaire
Stoffliche Nutzung industrieller Abprodukte in Biogasanlagen am Beispiel Apfeltrester
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa-67284
ger
Die folgende Arbeit beschreibt Potentiale und Risiken der Nutzung industrieller Abprodukte am Beispiel des Apfeltrester – einem Pressrückstand der Apfelsaftgewinnung. Dieser spielt aus finanzieller und ökologischer Sicht als Abprodukt eine steigende Rolle bei der Biogassynthese. Dabei werden die Ergebnisse des vorangegangenen Fachpraktikums vorgestellt und diskutiert.
Darauf aufbauend wurden Thesen erstellt und anhand ermittelter Messwerte sowie der Literatur verifiziert. Schlussendlich werden in einer Wirtschaftlichkeitsrechnung Kosten von Bezug, Lagerung und Beschickung den Gewinnen aus der Einspeisevergütung gegenüber gestellt.
Es konnte gezeigt werden, dass Apfeltrester unter Laborbedingungen nicht die befürchtete Übersäuerung des anaeroben Abbauprozesses zur Folge hatte, sondern unter vergleichbaren Erträgen mit leicht höherer Sicherheit zur Maissilage bis zu einem gewissen Anteil zu Maissilage und Stallgülle zugesetzt werden kann.:Abstract 4
Zusammenfassung 4
Abkürzungsverzeichnis 5
1 Literaturrecherche 6
1.1 Grundlagen zur Biogassynthese 6
1.1.1. Übersicht des anaeroben Abbaus organischer Substanzen 6
1.1.1 Abgrenzung zum aeroben Abbau 6
1.1.2 Ausgangsprodukte 7
1.2 Phasen der Biogasbildung 11
1.2.1 Hydrolyse 11
1.2.2 Acidogenese 12
1.2.3 Acedogenese 12
1.2.4 Methanogenese 13
1.3 Einflussfaktoren des Biogasprozesses 14
1.3.1 Temperatur 14
1.3.2 pH-Wert und Gehalt an Fettsäuren 15
1.3.3 Nährstoffversorgung und Hemmstoffe 16
1.4 Verfahrenstechnische Betriebsparameter 18
1.4.1 Faulraumbelastung 18
1.4.2 Hydraulische Verweilzeit 18
2 Material und Methoden 20
2.1 Ausgangsmaterialien 20
2.1.1 Apfeltrester der Kelterei „Sachsenobst“ 20
2.1.2 Maissilage des „LLH Eichhof“ 24
2.1.3 Stallgülle des „LLH Eichhof“ 25
2.1.4 Fermentergülle des „LLH Eichhof“ 26
2.2 Diskontinuierlicher Gärtest (Batch-Versuch) 27
2.2.1 Apparativer Aufbau 27
2.2.2 Versuchsdurchführung 29
2.3 Kontinuierlicher Gärversuch 30
2.3.1 Apparativer Aufbau 30
2.3.2 Versuchsdurchführung 31
3 Ergebnisse 38
3.1 Biogasertragsermittlung 38
3.1.1 Variante „Null“ 39
3.1.2 Cellulose als Referenz 39
3.1.3 Apfeltrester 40
3.1.4 Maissilage 41
3.2 Kontinuierlicher Versuch 42
3.2.1 Erläuterung der dargestellten Diagramme 42
3.2.2 Variante „Null“ 45
3.2.3 Variante „Mais“ 48
3.2.4 Variante „Mix“ 53
3.2.5 Variante „Trester“ 57
4 Diskussion 62
4.1 Fehlerrechnung und -diskussion 62
4.1.1 Systematische Fehler der Laborversuche 62
4.1.2 Zufällige Fehler der Laborversuche 64
4.1.3 Fehlerrahmen und Vergleichbarkeit der Ergebnisse 65
4.2 Thesen 67
4.2.1 Die Vergärung von Apfeltrester als Co-Fermentat hat nur wenig Einfluss auf Ertrag und Stabilität des Gärprozesses unter Einsatzbedingungen 67
4.2.2 Die Zugabe von Apfeltrester verdünnt das Fermentat 72
4.2.3 Weder Lagerdauer noch Konservierung des Apfeltresters beeinflussen messbar den Methanertrag 75
5 Einsatz von Apfeltrester als Co-Fermentat in BGA 76
5.1 Politische und wirtschaftliche Rahmenbedingungen 76
5.2 Technische und wirtschaftliche Annahmen 81
5.3 Vorstellung der Vergleichsfälle 86
5.3.1 Optimierung hinsichtlich diskreter Parameter des Transports 86
5.3.2 Optimierung hinsichtlich der Verteilung des Tresters 87
5.3.3 Verwertung des Gärrestes 90
6 Fazit 93
Literaturverzeichnis 95
Abbildungsverzeichnis 100
Tabellenverzeichnis 103
Eidesstattliche Erklärung 105
Anhang 106
Due to the increasing ecological and financial importance of industrial waste products in the recovery of biogas the following thesis describes potentials and risks of the usage of one of these products using apple pomace – the filter cake of the apple juice production.
Thereby the issues of the three-month practical course in the LHL Eichhof, a laboratory in middle Germany, are shown and discussed. As conclusion several theses are given and verified with help of the taken measurements and scientific literature. At the end an economical calculation compares the present costs of purchase, storage and processing with the proceeds of the reimbursement by the german renewable energy sources act (EEG).
Against the misgiving that apple pomace could decrease the pH-value to an unacceptable level for the anaerobic decomposition process the fermentation of this product gets a comparable output even with a little more reliability compared to corn silage when added up to a defined level to corn silage and slurry.:Abstract 4
Zusammenfassung 4
Abkürzungsverzeichnis 5
1 Literaturrecherche 6
1.1 Grundlagen zur Biogassynthese 6
1.1.1. Übersicht des anaeroben Abbaus organischer Substanzen 6
1.1.1 Abgrenzung zum aeroben Abbau 6
1.1.2 Ausgangsprodukte 7
1.2 Phasen der Biogasbildung 11
1.2.1 Hydrolyse 11
1.2.2 Acidogenese 12
1.2.3 Acedogenese 12
1.2.4 Methanogenese 13
1.3 Einflussfaktoren des Biogasprozesses 14
1.3.1 Temperatur 14
1.3.2 pH-Wert und Gehalt an Fettsäuren 15
1.3.3 Nährstoffversorgung und Hemmstoffe 16
1.4 Verfahrenstechnische Betriebsparameter 18
1.4.1 Faulraumbelastung 18
1.4.2 Hydraulische Verweilzeit 18
2 Material und Methoden 20
2.1 Ausgangsmaterialien 20
2.1.1 Apfeltrester der Kelterei „Sachsenobst“ 20
2.1.2 Maissilage des „LLH Eichhof“ 24
2.1.3 Stallgülle des „LLH Eichhof“ 25
2.1.4 Fermentergülle des „LLH Eichhof“ 26
2.2 Diskontinuierlicher Gärtest (Batch-Versuch) 27
2.2.1 Apparativer Aufbau 27
2.2.2 Versuchsdurchführung 29
2.3 Kontinuierlicher Gärversuch 30
2.3.1 Apparativer Aufbau 30
2.3.2 Versuchsdurchführung 31
3 Ergebnisse 38
3.1 Biogasertragsermittlung 38
3.1.1 Variante „Null“ 39
3.1.2 Cellulose als Referenz 39
3.1.3 Apfeltrester 40
3.1.4 Maissilage 41
3.2 Kontinuierlicher Versuch 42
3.2.1 Erläuterung der dargestellten Diagramme 42
3.2.2 Variante „Null“ 45
3.2.3 Variante „Mais“ 48
3.2.4 Variante „Mix“ 53
3.2.5 Variante „Trester“ 57
4 Diskussion 62
4.1 Fehlerrechnung und -diskussion 62
4.1.1 Systematische Fehler der Laborversuche 62
4.1.2 Zufällige Fehler der Laborversuche 64
4.1.3 Fehlerrahmen und Vergleichbarkeit der Ergebnisse 65
4.2 Thesen 67
4.2.1 Die Vergärung von Apfeltrester als Co-Fermentat hat nur wenig Einfluss auf Ertrag und Stabilität des Gärprozesses unter Einsatzbedingungen 67
4.2.2 Die Zugabe von Apfeltrester verdünnt das Fermentat 72
4.2.3 Weder Lagerdauer noch Konservierung des Apfeltresters beeinflussen messbar den Methanertrag 75
5 Einsatz von Apfeltrester als Co-Fermentat in BGA 76
5.1 Politische und wirtschaftliche Rahmenbedingungen 76
5.2 Technische und wirtschaftliche Annahmen 81
5.3 Vorstellung der Vergleichsfälle 86
5.3.1 Optimierung hinsichtlich diskreter Parameter des Transports 86
5.3.2 Optimierung hinsichtlich der Verteilung des Tresters 87
5.3.3 Verwertung des Gärrestes 90
6 Fazit 93
Literaturverzeichnis 95
Abbildungsverzeichnis 100
Tabellenverzeichnis 103
Eidesstattliche Erklärung 105
Anhang 106
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
info:eu-repo/classification/ddc/628
ddc:628
info:eu-repo/classification/ddc/634
ddc:634
info:eu-repo/classification/ddc/333
ddc:333
Biogas; Reststoff; Apfeltrester; Vergärung
Biogas, LHL, Landesbetrieb Hessisches Landeslabor, Drewag, Apfeltrester, Reststoff, Abprodukt, Vergärung
biogas, industrial waste products, apple pomace
Bedrich, Karl
Gärtner, Lars-Erik
Boblenz, Kristin
Meyer, Bernd
Pardemann, Robert
TU Bergakademie Freiberg
2011-05-03
2011-03-04
2011-03-30
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:bachelorThesis
info:eu-repo/semantics/bachelorThesis
doc-type:Text
https://tubaf.qucosa.de/id/qucosa%3A22756
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oai:qucosa:de:qucosa:22779
2021-03-29T10:41:23Z
qucosa:tubaf
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
openaire
Incorporating human factors into process plant lifecycle: HF during design and operation of a process plant
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa-74469
eng
Major accidents in the process industries occurred mostly as an outcome of multiple failures in different safety barriers and their interrelation with unsafe acts by frontline operators. This has become the reason why safety analyses in terms of plant technical aspects cannot be performed independently from analysing human response to the changing technology. Unsafe acts and errors by operators must be seen as a symptom of system insufficiencies and underlying problems, rather than as the cause of an accident. With this paradigm, the need to optimally configure the system and the whole working condition to understand human’s limitation and requirements becomes very evident. It is too naive to desire that human operators make zero error by asking them to change their behaviour and to perfectly adapt to the system.
Human Factors (HF) attempts to cope with the need to understand the interrelation between human operators, the technology they are working with and the management system, with the aim to increase safety and efficiency. In achieving this goal, HF must be incorporated into the whole plant lifecycle, from the earliest design stage to plant operation and modifications. Moreover, HF analysis must comprise all kinds of operators’ activities and responsibilities in operating process plants, which can include manual works in field and supervisory control conducted remotely from a control centre/room.
This work has developed techniques that provide systematic way to incorporate HF into process plant lifecycle. The new HF analysis technique, PITOPA-Design, in a combination with the classic PITOPA, is applicable for an implementation during design and operation of a plant. With the awareness that safety analysis and HF cannot be performed separately, an interconnection with HAZOPs is made possible by means of this new technique. Moreover, to provide a systematic analysis of operators’ work in control room, an additional technique, the PITOPA-CR was also developed. This HF technique can as well be integrated into a general HF analysis both during design phase and plant operation. In addition to it, results coming from PITOPA-CR will provide information required to optimally configure control and alarm system, as well as the whole alarm management system to better understand the limitation and requirements of control room operators.
The structure of the development can be described as follows:
i) Development of HAZOPA (the Hazards and Operator Actions Analysis), which provides the interconnection between HF analysis and HAZOPs,
ii) Development of PITOPA-Design, a technique to incorporate HF consideration into design phase, which is differentiated into 3 stages to comprise the conceptual design, the basic engineering and the detail engineering phase,
iii) Development of PITOPA-CR, a technique for HF analysis in control room,
iv) Integration of PITOPA-CR into alarm management system, development of a technique for alarm prioritization.:ACKNOWLEDGEMENT i
ABSTRACT iii
ZUSAMMENFASSUNG iv
CONTENTS v
TABLE OF FIGURES viii
LIST OF TABLES x
NOMENCLATURE xi
ACRONYMS AND ABBREVIATIONS xii
CHAPTER 1 1
INTRODUCTION 1
1.1 Background 1
1.2 Objectives 2
1.3 Scope of Work 3
CHAPTER 2 5
THEORETICAL BACKGROUND 5
2.1 Fundamentals of Human Error 5
2.2 Human Factors (HF) 8
2.3 Motivations to Consider HF in Process Safety 9
2. 3. 1 Accidents that Address HF in Process Safety 11
2. 3. 2 Regulation and Legal Requirements 16
2. 3. 3 Business Value 19
2.4 Work of Operators in Complex Systems 19
2. 4. 1 Role of Operators in Complex Systems 20
2. 4. 2 Problems with Computerisation and Automation 24
2. 4. 3 Allocation of Functions and Levels of Automation 25
2.5 Performance Influencing Factors (PIFs) 27
2.6 Distributed Control System (DCS) and Alarm Systems 29
2. 6. 1 Alarm, Alarm System and Alarm Management 30
2. 6. 2 Most Common Alarm Problems 33
2. 6. 3 Improving Alarm Performance through Prioritization 34
2.7 Safety Analysis Methods 38
2.7.1 Qualitative Safety Analysis 39
2.7.2 Quantitative Safety Analysis 43
2.8 Mathematical Algorithms 44
2.8.1 Techniques for Multi-Criteria Decision Making (MCDM) 44
2.8.2 Classification Methods 47
CHAPTER 3 50
RECENT DEVELOPMENTS IN HF STUDIES 50
3. 1 Methods for HF analysis 50
A. Task Analysis 50
B. Techniques for Operators Actions Analysis 51
3. 2 Human Reliability Analyses (HRA) 52
3. 3 Consideration of Human Error in HAZOP 53
3. 4 HF in Process Plant Design 54
3. 5 HF in Alarm Management and DCS-Design 55
3. 6 The Need for Further Development of HF Methods 57
CHAPTER 4 58
MOTIVATION OF THE WORK 58
CHAPTER 5 61
PROCESS INDUSTRY TOOL FOR OPERATOR ACTIONS ANALYSIS (PITOPA) 61
5.1 The New Technique for Operator Actions Analysis (OAA) 64
5.2 Technique for Performance Influencing Factors (PIFs) Evaluation 65
5.3 Validation of PITOPA in the Process Industry 67
CHAPTER 6 71
EXTENDING HAZOP TO INTEGRATE HF INTO 71
GENERAL SAFETY ANALYSIS 71
6.1 Development of HAZOPA (The Hazard, Operability and Operator Actions Analysis) 72
6.2 Case Study 75
CHAPTER 7 85
APPROACH TO INCORPORATING HF CONSIDERATION 85
INTO PLANT DESIGN 85
7.1 Development of an Approach for HF Analysis in Design – The PITOPA-Design 85
7.1.1 HF Analysis in Conceptual Design Phase (HFAD–Conceptual) 88
7.1.2 HF Analysis in Basic Engineering (HFAD – Basic) 93
7.1.3 HF Analysis in Detail Engineering (HFAD-Detail) 107
7.2 Technique for HF-Design Parameters Evaluation 109
7.3 Intermediate Summary 114
CHAPTER 8 115
IMPLEMENTATION OF THE NEW PITOPA-DESIGN: 115
A CASE-STUDY 115
8.1 Conceptual Design 115
8.2 Basic Engineering 123
8.3 Detail Engineering 127
CHAPTER 9 132
APPROACH FOR IMPROVING OPERATOR PERFORMANCE 132
IN CONTROL ROOM 132
9.1 Performance Influencing Factors (PIFs) for Supervisory & Monitoring Tasks 134
9.2 Development of PITOPA-Control Room (PITOPA-CR) 140
9.2.1 Analysis of Normal Operation 142
9.2.2 Analysis of Abnormal Operation 150
9.3 Alarm Prioritization 156
9.3.1 A survey on Alarm Prioritization 156
9.3.2 Incorporation of CROAA into Alarm Prioritization 157
9.4 Intermediate Summary 165
CHAPTER 10 167
INCORPORATION OF OPERATOR ACTIONS ANALYSIS INTO ALARM MANAGEMENT 167
CHAPTER 11 171
RESULTS AND FUTURE WORKS 171
11. 1 Results 171
11. 2 Future Works 172
BIBLIOGRAPHY 174
APPENDIX A A-1
APPENDIX B B-1
Schwere Unfälle in der Prozessindustrie erfolgen meist aus einem Zusammenspiel mehrerer verschiedener Fehler und der gleichzeitigen Wechselwirkung mit falschem menschlichem Handeln. Dabei sind diese Fehlhandlungen nicht als Unfallursache anzusehen, sondern sie resultieren aus Fehlern, die in dem System selbst zu finden sind. Aus diesem Grund kann bei der Sicherheitsanalyse die technische Analyse nicht unabhängig von der Betrachtung des Human Factors (HF) durchgeführt werden. Um eine Reduzierung der Fehlhandlungen zu erreichen, müssen das Anlagendesign, die Bedienbarkeit und die Arbeitsumgebung an die menschlichen Fähigkeiten angepasst werden.
Human Factors (HF) betrachtet die Interaktion zwischen menschlichen, technischen und organisatorischen Aspekten einer Anlage, mit dem Ziel die Sicherheit und Effektivität der Anlage zu optimieren. Dafür ist eine Einbindung von HF in den gesamten Lebenszyklus einer Anlage notwendig. So müssen HF- Analysen nicht nur während des Betriebs einer Anlage und bei Prozessmodifikationen durchgeführt werden, sondern auch während des gesamten Design- Prozesses, da gerade in den frühen Design-Phasen das Optimierungspotential besonders hoch ist. Eine solche Analysemethode muss alle Aufgaben eines Operators erfassen, so dass zwischen manueller Arbeit und der Arbeit in der Leitwarte unterschieden werden muss.
In dieser Arbeit wurden Analysentechniken entwickelt, die einen systematischen Ansatz zur Berücksichtigung des HF über den gesamten Lebenszyklus einer verfahrenstechnischen Anlage darstellen. Mit Hilfe der neuen Analysemethode, PITOPA-Design, können Untersuchungen sowohl während der Designphase als auch während des Betriebs einer Anlage durchgeführt werden. Da solche HF-Analyse immer in Verbindung mit einer klassischen Sicherheitsanalyse erfolgen muss, bindet die neue Methode die HAZOP-Analyse direkt ein.
Darüber hinaus wurde ein weiterer Ansatz für die Analyse von Operatorhandlungen in einer Messwartenarbeit entwickelt. Diese neue Analysentechnik, PITOPA-CR, bildet die Grundlage für Verbesserungen im Alarmsystem und wird in das Alarmmanagementsystem eingebunden.
Die Arbeit ist wie folgt strukturiert:
i) Entwicklung von HAZOPA (the Hazards and Operator Actions Analysis). Diese Methode stellt die Einbindung der HF-Analyse in HAZOP dar.
ii) Entwicklung von PITOPA-Design, zur HF-Analyse während des gesamten Designprozesses einer verfahrenstechnischen Anlage. Die Methode wurde in 3 Teile eingeteilt, um die drei Designsphasen Conceptual-, Basic-, und Detail-Design zu erfassen.
iii) Entwicklung von PITOPA-CR, zur HF-Analyse in der Messwarte.
iv) Einbindung von PITOPA-CR in das Alarmmanagementsystem und Entwicklung einer Technik zur Alarmpriorisierung.:ACKNOWLEDGEMENT i
ABSTRACT iii
ZUSAMMENFASSUNG iv
CONTENTS v
TABLE OF FIGURES viii
LIST OF TABLES x
NOMENCLATURE xi
ACRONYMS AND ABBREVIATIONS xii
CHAPTER 1 1
INTRODUCTION 1
1.1 Background 1
1.2 Objectives 2
1.3 Scope of Work 3
CHAPTER 2 5
THEORETICAL BACKGROUND 5
2.1 Fundamentals of Human Error 5
2.2 Human Factors (HF) 8
2.3 Motivations to Consider HF in Process Safety 9
2. 3. 1 Accidents that Address HF in Process Safety 11
2. 3. 2 Regulation and Legal Requirements 16
2. 3. 3 Business Value 19
2.4 Work of Operators in Complex Systems 19
2. 4. 1 Role of Operators in Complex Systems 20
2. 4. 2 Problems with Computerisation and Automation 24
2. 4. 3 Allocation of Functions and Levels of Automation 25
2.5 Performance Influencing Factors (PIFs) 27
2.6 Distributed Control System (DCS) and Alarm Systems 29
2. 6. 1 Alarm, Alarm System and Alarm Management 30
2. 6. 2 Most Common Alarm Problems 33
2. 6. 3 Improving Alarm Performance through Prioritization 34
2.7 Safety Analysis Methods 38
2.7.1 Qualitative Safety Analysis 39
2.7.2 Quantitative Safety Analysis 43
2.8 Mathematical Algorithms 44
2.8.1 Techniques for Multi-Criteria Decision Making (MCDM) 44
2.8.2 Classification Methods 47
CHAPTER 3 50
RECENT DEVELOPMENTS IN HF STUDIES 50
3. 1 Methods for HF analysis 50
A. Task Analysis 50
B. Techniques for Operators Actions Analysis 51
3. 2 Human Reliability Analyses (HRA) 52
3. 3 Consideration of Human Error in HAZOP 53
3. 4 HF in Process Plant Design 54
3. 5 HF in Alarm Management and DCS-Design 55
3. 6 The Need for Further Development of HF Methods 57
CHAPTER 4 58
MOTIVATION OF THE WORK 58
CHAPTER 5 61
PROCESS INDUSTRY TOOL FOR OPERATOR ACTIONS ANALYSIS (PITOPA) 61
5.1 The New Technique for Operator Actions Analysis (OAA) 64
5.2 Technique for Performance Influencing Factors (PIFs) Evaluation 65
5.3 Validation of PITOPA in the Process Industry 67
CHAPTER 6 71
EXTENDING HAZOP TO INTEGRATE HF INTO 71
GENERAL SAFETY ANALYSIS 71
6.1 Development of HAZOPA (The Hazard, Operability and Operator Actions Analysis) 72
6.2 Case Study 75
CHAPTER 7 85
APPROACH TO INCORPORATING HF CONSIDERATION 85
INTO PLANT DESIGN 85
7.1 Development of an Approach for HF Analysis in Design – The PITOPA-Design 85
7.1.1 HF Analysis in Conceptual Design Phase (HFAD–Conceptual) 88
7.1.2 HF Analysis in Basic Engineering (HFAD – Basic) 93
7.1.3 HF Analysis in Detail Engineering (HFAD-Detail) 107
7.2 Technique for HF-Design Parameters Evaluation 109
7.3 Intermediate Summary 114
CHAPTER 8 115
IMPLEMENTATION OF THE NEW PITOPA-DESIGN: 115
A CASE-STUDY 115
8.1 Conceptual Design 115
8.2 Basic Engineering 123
8.3 Detail Engineering 127
CHAPTER 9 132
APPROACH FOR IMPROVING OPERATOR PERFORMANCE 132
IN CONTROL ROOM 132
9.1 Performance Influencing Factors (PIFs) for Supervisory & Monitoring Tasks 134
9.2 Development of PITOPA-Control Room (PITOPA-CR) 140
9.2.1 Analysis of Normal Operation 142
9.2.2 Analysis of Abnormal Operation 150
9.3 Alarm Prioritization 156
9.3.1 A survey on Alarm Prioritization 156
9.3.2 Incorporation of CROAA into Alarm Prioritization 157
9.4 Intermediate Summary 165
CHAPTER 10 167
INCORPORATION OF OPERATOR ACTIONS ANALYSIS INTO ALARM MANAGEMENT 167
CHAPTER 11 171
RESULTS AND FUTURE WORKS 171
11. 1 Results 171
11. 2 Future Works 172
BIBLIOGRAPHY 174
APPENDIX A A-1
APPENDIX B B-1
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Verfahrenstechnik; Faktor Mensch; Sicherheitsplanung; Alarmanlage; HAZOP-Verfahren
Human Factors (HF), Anlagendesign, Alarmmanagementsystem, Alarmpriorisierung, HAZOP, Bedienhandlung
Human Factors (HF), process plant design, alarm management, alarm prioritization, HAZOP, operator action
Widiputri, Diah Indriani
Repke, Jens-Uwe
Löwe, Katharina
Kröger, Matthias
Trimis, Dimosthenis
TU Bergakademie Freiberg
2011-09-16
2011-03-04
2011-06-10
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
https://tubaf.qucosa.de/id/qucosa%3A22779
https://tubaf.qucosa.de/api/qucosa%3A22779/attachment/ATT-0/
oai:qucosa:de:qucosa:22802
2021-03-29T10:41:39Z
qucosa:tubaf
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
openaire
Ein Beitrag zur Verschlackung von MgO in sekundärmetallurgischen Schlacken
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa-84295
ger
Die vorliegende Arbeit behandelt Aspekte der Verschlackung von MgO in sekundärmetall-urgischen Schlacken. Mittels FactSage© wird eine Berechnung der Löslichkeit von MgO in Kalksilikat- und Kalkaluminatschlacke bei 1600, 1650 und 1700°C durchgeführt. Die Ergebnisse werden leicht handhab- und ablesbar dargestellt. Die Verschlackung eines porösen MgO-Probekörpers in einer an MgO ungesättigten und an MgO gesättigten Kalkaluminat-schlacke wird bei 1600°C thermogravimetrisch verfolgt. Der Verschlackungsvorgang wird maßgeblich durch die Mechanismen der Teilchendesintegration und Ostwald-Reifung in der infiltrierten Mikrostruktur beeinflusst. Das komplexe Zusammenspiel von Zerfall und Auflösung wird nach einem Modell von W. Gans an feuerfestes Material (MgO) angepasst und modelliert. Der Einfluss von Teilchendesintegration und Ostwald-Reifung auf den voreilenden Verschleiß im 3-Phasenkontakt (Marangoni-Konvektion) wird quantifiziert. Ferner wird ein einfaches Modell zur Abschätzung des voreilenden Verschleißes dargelegt.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Schlacke; Magnesiumoxid; Sättigung; Ostwald-Reifung; Marangoni-Effekt
Sekundärmetallurgie, Schlacke, MgO, Sättigung, Teilchendesintegration, Ostwald-Reifung, Marangoni-Konvektion, Korrosion
secondary metallurgy, slag, MgO, saturation, particle-disintegration, Ostwald-ripening, Marangoni-convection, corrosion
Brüggmann, Christian
Aneziris, Christos G.
Pötschke, Jürgen
Groß, Ulrich
TU Bergakademie Freiberg
2012-03-01
2010-09-27
2011-04-29
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
https://tubaf.qucosa.de/id/qucosa%3A22802
https://tubaf.qucosa.de/api/qucosa%3A22802/attachment/ATT-0/
oai:qucosa:de:qucosa:22832
2021-03-29T10:42:01Z
qucosa:tubaf
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
openaire
Verfahrensoptimierung der Pelletierung von Braunkohlenfaserholz mit Biomasse unter besonderer Berücksichtigung der Bindemechanismen
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa-100693
ger
Die Qualität der hergestellten Brennstoffpellets wird wesentlich vom Holzanteil und Wassergehalt des Pelletiergutes sowie von der Presskanallänge der eingesetzten Pelletpresse bestimmt. Werden die Pellets ohne Holzzusatz aus Braunkohlenxylit hergestellt, erreichen diese nahezu das Festigkeitsniveau kommerzieller Holzpellets. Wesentlich für das Trocknungsverhalten von Xylit- und Xylit-Holz-Pellets ist deren Zusammensetzung, die Trocknungstemperatur ist nur von untergeordneter Bedeutung. Als domininierender Bindemechanismus konnte der Faserformschluss identifiziert werden, wobei dieser durch Adhäsions- und Kristallisationseffekte infolge der hydro-mechanischen Aktivierung des Rohmaterials im Nassaufschlussprozess begünstigt wird. Die Xylit- und Xylit-Holz-Pellets erfordern eine auf im Vergleich zu Holzpellets aschereiche Brennstoffe ausgelegte Feuerungstechnik, wobei durch die Holzzugabe verbrennungstechnische Vorteile wie geringere NOx- und SO2-Emissionen erreicht werden können.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Pelletieren; Braunkohle; Holz; Xylit; Formschluss; Trocknung; Verfahrensoptimierung
Xylit, Pelletierung, Brennstofftechnik
xylite, pelletizing, solid fuels
Lehmann, Bastian
Härtel, Georg
Sitzmann, Werner
Lange, Raimund
TU Bergakademie Freiberg
2012-12-17
2012-05-06
2012-11-27
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
https://tubaf.qucosa.de/id/qucosa%3A22832
https://tubaf.qucosa.de/api/qucosa%3A22832/attachment/ATT-0/
oai:qucosa:de:qucosa:22835
2021-03-29T10:42:04Z
qucosa:tubaf
doc-type:masterThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
openaire
Herstellung von Verbundpellets aus Braunkohlenfaserholz mit Biomassen
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa-102134
ger
Im Rahmen der Arbeit wurde die Pelletierung von Braunkohlenfaserholz (Braunkohlenxylit) in Kombination mit unterschiedlichen Biomassen (Holzhackschnitzel, Waldhackschnitzel, Rapsstroh, Weizenstroh) untersucht, wobei für die Pelletierung Ring- und Flachmatrizenpressen eingesetzt wurden. Zudem wurde der Einfluss unterschiedlicher Bindemittel (Kartoffelstärke und Zellleim) auf die Agglomeratqualität untersucht. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Pelletierung von Xylit-Biomasse-Mischungen, unter Beachtung der spezifischen Rohstoffeigenschaften und des Pressaggregats, problemlos möglich ist. Allerdings erreichen die bisher hergestellten Verbundpellets noch nicht die Qualität von Holzpellets.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Pelletieren; Braunkohle; Holz; Xylit; Formschluss; Trocknung; Prozessoptimierung
Xylit, Biomasse, Pelletierung
xylite, biomass, pelletizing
Lehmann, Bastian
Härtel, Georg
Schröder, Hans-Werner
Lange, Raimund
TU Bergakademie Freiberg
2013-01-21
2009-04-24
2009-05-14
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:masterThesis
info:eu-repo/semantics/masterThesis
doc-type:Text
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oai:qucosa:de:qucosa:22840
2021-03-29T10:42:07Z
qucosa:tubaf
doc-type:masterThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
openaire
Optimierung der Pelletproduktion: Untersuchungen zum Einfluss von Pelletqualität und Feuerraumdesign
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa-104598
ger
Um bei der Herstellung der Holzpellets den Energieaufwand zu minimieren und gleichzeitig die Qualitätsanforderungen der DINplus zu erfüllen, werden häufig Presshilfsmittel beim Pelletieren eingesetzt, bisher vor allem Mais- und Weizenstärke. Um flexibler auf veränderte Markt- und Rohstoffbedingungen reagieren zu können, besteht von Seiten der Hersteller Bedarf an alternativen Presshilfsmitteln. Allerdings ist deren Einfluss auf das Verbrennungs-, Emissions- und Ascheerweichungsverhalten nur unzureichend erforscht. Im Rahmen eines Forschungsprojektes zur Optimierung der Pelletproduktion wurden in dieser Diplomarbeit Versuche durchgeführt, um den Einfluss verschiedener natürlicher Presshilfsmittel, der Pelletqualität (Feinanteil, Stückigkeit) und der Feuerungsart (Unterschub- und Abwurffeuerung mit Brennerschale) auf das Emissionsverhalten (Kohlenmonoxid-, Stickoxid-, Gesamtkohlenstoff und Staubgehalt im Abgas), den Anlagenbetrieb (Brennstoffförderraten, Abgasverluste, Luftüberschuss) und das Ascheerweichungsverhalten beim Betrieb von zwei Kleinfeuerungsanlagen mit DINplus-konformen Holzpellets, zu untersuchen.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Pelletieren; Holz; Hilfsstoff; Verfahrensoptimierung; Feuerungstechnik; Emissionsminderung; Kleinfeuerungsanlage
Holzpellets, Presshilfsmittel, Kleinfeuerungsanlage
wood pellets, binders, firing system
Lehmann, Bastian
Witt, Janet
Sohn, Manfred
HTW Berlin
2013-02-06
2007-08-20
2007-09-06
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:masterThesis
info:eu-repo/semantics/masterThesis
doc-type:Text
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oai:qucosa:de:qucosa:22873
2021-03-29T10:42:32Z
qucosa:tubaf
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
openaire
Experimentelle und numerische Untersuchungen zur stabilen
Entsorgung von Schwachgasen in porösen Verbrennungsreaktoren: Experimentelle und numerische Untersuchungen zur stabilen Entsorgung von Schwachgasen in porösen Verbrennungsreaktoren
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa-121953
ger
Deponierte Abfälle emittieren auch Dekaden nach dem Ende der Einlagerung am Standort eine Vielzahl von Schadstoffen. Durch verantwortungsvollen Aufbau und Betrieb oder eine nachträgliche Sanierung kann das Gewicht von unkontrollierten Emissionen hin zu kontrollierten verschoben werden, die wiederum einer entsprechenden Entsorgung zugeführt werden können. Neben dem Deponiesickerwasser spielt das Deponiegas mit den Hauptbestandteilen Methan und Kohlendioxid auf Grund des lokalen und globalen (anthropogener Treibhauseffekt) Gefährdungspotentials eine wichtige Rolle. Sowohl die Gasmenge als auch der Gehalt an brennbaren Methan verringern sich mit zunehmender Standzeit der Deponie. Für Stark- und Mittelgase (ca. 25-60 Vol.-% Methan) ist eine entsprechende Nutzungs- und Entsorgungstechnik etabliert. Für den Schwachgasbereich ist die Entsorgung durch Verbrennung auf Grund der schlechten Verbrennungseigenschaften problematisch. Es existieren einige Lösungsansätze, von denen sich jedoch angesichts verschiedener technologiebedingter Nachteile noch keiner für die Schwachgasentsorgung über den gesamten relevanten Bereich an Methangehalten etablieren konnte.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, einen neuen Ansatz für eine einfache, kostengünstige und robuste Technologie zu erarbeiten, die eine vollständige Eliminierung des Methans und weiterer schädlicher Bestandteile gewährleistet. Im Weiteren sollen Methangehalte im Deponiegas von 5-11 Vol.-% bzw. Modellgemische mit einem Äquivalenzverhältnis von 0,3-0,5 betrachtet werden. Dieser Bereich erweist sich als besonders problematisch hinsichtlich einer stabilen Entsorgung. Bei Grubengasen und methanbeladener Abluft sind unter Umständen ähnliche Fragestellungen anzutreffen. Neben experimentellen Arbeiten in Labor und Technikum liefern vor allem numerische Simulationen einen wesentlichen Beitrag zur wissenschaftlichen Durchdringung der ablaufenden Prozesse und der Vorausberechnung technischen Reaktoren und Brennern. Für hier behandelte Problemstellung bietet sich die Software Ansys Fluent® an.
Für die Entsorgung von Schwachgasen bieten sich mehrere grundsätzliche Herangehensweisen an. Für diese Arbeit wurde sich auf die Oxidation des Methans in porösen Medien, z.B. Füllkörperschüttungen oder offenzellige SiC-Schaumkeramiken, konzentriert.
In einem ersten Ansatz wurde eine katalytische Funktionalisierung von SiC-Schaumkeramik mit Manganoxid dotierter Calciumaluminat-Beschichtung durchgeführt, um so die hervorragenden thermischen Eigenschaften des Siliciumcarbids mit der Oxidationsaktivität eines Katalysators zu kombinieren. Nach der Evaluierung einer optimalen hochtemperaturfesten Katalysatorkombination und experimentellen Erarbeitung kinetischer Parameter bilden Modellrechnungen im einfach durchströmten Monolith (1D) die Basis für eine Beurteilung dieser Variante.
Der zweite Ansatz verfolgt eine nicht-katalytische, rein thermische Umsetzung des Methans. Eine Verbesserung der Verbrennungseigenschaften durch Vorwärmung des Brenngases
erfolgt über interne Rekuperation ohne externen Abgaswärmeübertrager. Auf Basis von theoretischen Überlegungen und Simulationsrechnungen wurde eine entsprechende Technikumsanlage mit einer aus Alumina-Raschig-Ringen bestehenden porösen Matrix entworfen und aufgebaut. Ausgewählte Versuchsreihen dienten zur Demonstration der Funktionalität und zur Validierung des CFD-Modells. Mit Hilfe des Modells sind eine Variation der Eigenschaften der porösen Matrix und ein Upscaling auf einen technischen Maßstab möglich. Die Berechnung des Einsatzbereiches erfolgt beispielhaft mit einem Vorschlag für eine technisch relevante Größe an einem typischen Deponie-Schwachgas. Für die Modellierung von Oxidationsprozessen in porösen Strukturen ist die Implementierung des Wärmetransports ein wesentlicher Baustein. Ein entscheidender Parameter hierin ist die effektive Wärmeleitfähigkeit der porösen Matrix. Insbesondere für keramische Schäume ist die Anzahl der publizierten Arbeiten gering. Durch Vermessung der SiC-Keramikschäume mit Hilfe der Hot-Disk-Methode (Raumtemperatur) und mit dem Plattenmessverfahren (300-1000 °C) konnte auch an dieser Stelle ein Beitrag erbracht werden.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Schwachgas; Schaumkeramik; Poröser Stoff; Rekuperator; Verbrennungswärme; CFD
Deponie, Schwachgas, Poröses Medium, Schaumkeramik, Rekuperativer Reaktor, CFD
landfill side, lean gas, porous media, ceramic foam, recuperative reactor, CFD
Endisch, Matthias
Trimis, Dimosthenis
Kureti, Sven
Technische Universität Bergakademie Freiberg
2013-11-15
2013-02-08
2013-07-05
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
https://tubaf.qucosa.de/id/qucosa%3A22873
https://tubaf.qucosa.de/api/qucosa%3A22873/attachment/ATT-0/
oai:qucosa:de:qucosa:22947
2021-03-29T10:43:28Z
qucosa:tubaf
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
openaire
The influence of composition, processing and temperature on the Young's modulus of elasticity of carbon-bonded refractories
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa-155296
eng
Thermal shock resistance is a key property of refractory materials. Its determination and prediction is essential for the design of structural refractories as well as lining materials. Young’s modulus of elasticity (E) is a crucial parameter for the calculation of thermal shock resistance.
For all investigated carbon-bonded alumina composition a significant increase of E was observed. This increase was attributed to a mismatch of the coefficient of thermal expansion of the composite constituents. Besides others, the graphite content as well as the maximum alumina particle size were identified as crucial factors influencing E(T). Furthermore, the influence of the porosity on E was shown and existing models were fitted to the experimental data for future predictions of E. Finally a metal melt filter structure was investigated to investigate the relationship between its strut Young’s modulus and the structures’ E at high temperatures. Further research should address the filter topic since it was uncertain how to find the normal modes of those structures.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Feuerfester Stoff; Hochtemperatur; Aluminiumoxide; Kohlenstoff; Elastizität
Feuerfeste Werkstoffe, Elastizität, Hochtemperatur, Kohlenstoffgebunden, Aluminiumoxid, Werkstoffprüfung
Refractories, elasticity, high temperature, carbon bonded, alumina
Werner, Jörn
Aneziris, Christos
Biermann, Horst
TU Bergakademie Freiberg
2014-12-11
2014-07-15
2014-11-03
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doc-type:doctoralThesis
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doc-type:Text
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2021-03-29T10:45:20Z
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doc-type:doctoralThesis
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open_access
ddc:660
openaire
Struktur und Aktivität von Al2O3-geträgerten Eisenoxid-Katalysatoren zur Reinigung von Dieselabgas
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa-216805
ger
In der vorliegenden Arbeit werden Al2O3-geträgerte Eisenoxid-Katalysatoren auf ihre Eignung in der Nachbehandlung von Dieselabgasen getestet. Hierbei werden die Oxidationsreaktionen von Kohlenmonoxid, Propen, Stickstoffmonoxid sowie Ammoniak getestet. Weiterhin wird die Katalysatoraktivität bei der Stickoxidminderung nach dem SCR-Verfahren untersucht. Basierend auf einer detaillierten Charakterisierung wird eine Struktur-Aktivitäts-Korrelation entwickelt, auf deren Basis ein Verständnis für die Art der aktiven Zentren solcher Katalysatoren generiert wird. Zudem wird ein Modell entwickelt, mit Hilfe dessen die spezifische Aktivität der verschiedenen Typen an aktiven Zentren bewertet werden kann. Darüber hinaus wird in dieser Arbeit auf die Stickoxidminderung nach dem SCR-Verfahren fokussiert, was die Untersuchungen des Reaktionsmechanismus sowie die Struktur-Aktivitäts-Korrelation an hydrothermal gealterten Katalysatoren beinhaltet.:Inhalt
1. Einleitung
2. Aufgabenstellung
3. Grundlagen
3.1 Schadstoffbildung bei der Verbrennung fossiler Energieträger
3.2 Verfahren zur Schadstoffminderung bei Kraftfahrzeugen
3.3 Aktueller Stand der Entwicklung edelmetallfreier Katalysatoren für die dieselmotorische Abgasnachbehandlung
4. Verwendete Analysemethoden und Aufbau der Laborapparaturen
4.1 Untersuchungen zur Struktur der Katalysatoren
4.1.1 Stickstoff-Physisorption
4.1.2 Temperaturprogrammierte Experimente
4.1.3 Röntgendiffraktometrie
4.1.4 DRUV/VIS-Spektroskopie
4.1.5 Diffuse Reflexions-Infrarot-Fourier-Transformations-Spektroskopie
4.1.6 Transmissionselektronenmikroskopie
4.1.7 Mößbauer-Spektroskopie
4.1.8 Raman-Spektroskopie
4.2 Untersuchungen zur Analyse von Gasen
4.2.1 Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie (FTIR)
4.2.2 Massenspektrometrie
4.3 Aufbau der Laborapparaturen
4.3.1 Laborapparatur für Aktivitätsmessungen sowie für temperaturprogrammierte Experimente
4.3.2 Laborapparatur zur Durchführung von DRIFTS-Experimenten
5 Experimentelle Ergebnisse
5.1 Katalysatorpräparation
5.2 Charakterisierung der frischen Katalysatoren
5.3 Charakterisierung der hydrothermal gealterten Katalysatoren
5.4 Aktivitätsmessungen
5.4.1 Oxidation von Kohlenmonoxid
5.4.2 Oxidation von Propen
5.4.3 Oxidation von Stickstoffmonoxid
5.4.4 Oxidation von Ammoniak
5.5 Untersuchungen zur Standard-SCR-Reaktion
5.5.1 Aktivitätsuntersuchung an frischen Katalysatoren
5.5.2 Aktivitätsuntersuchung an hydrothermal gealterten Katalysatoren
5.5.3 Untersuchungen zum Mechanismus der SCR-Reaktion
6. Diskussion der Ergebnisse
6.1 Struktur-Aktivitäts-Beziehung der FexO/Al2O3-Katalysatoren
6.1.1 Struktur der Eisenoxidspezies
6.1.2 Quantifizierung der Eisenoxidspezies
6.1.3 Modell zur Berechnung der spezifischen Aktivität der Katalysatoren
6.1.4 Sensitivitätsanalyse des entwickelten Modells
6.1.5 Anwendung des Modells bei der Oxidation von CO, C3H6, NO und NH3
6.1.6 Struktur-Aktivitäts-Beziehung der FeOx/Al2O3-Katalysatoren bei der Oxidation von CO, C3H6, NO und NH3
6.2 Evaluation der SCR-Aktivität der FeOx/Al2O3-Katalysatoren
6.2.1 Untersuchungen an frischen Katalysatoren
6.2.2 Einfluss der hydrothermalen Alterung auf die Katalysatorstruktur und -aktivität bei der Standard-SCR-Reaktion
6.3 Mechanismus der Standard-SCR-Reaktion an FeOx/Al2O3-Katalysatoren
7. Ausblick
8. Literaturverzeichnis
9. Anhang
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ddc:660
Heterogene Katalyse; Eisenoxide; Aluminiumoxide; Katalysator; Dieselmotor; Abgasreinigung
Heterogene Katalyse, FeOx/Al2O3-Katalysatoren, Dieselmotorische Abgasnachbehandlung
Heterogeneous catalysis, FeOx/Al2O3 catalysts, diesel exhaust aftertreatment
Roppertz, Andreas
Kureti, Sven
Grunwaldt, Jan-Dierk
Technische Universität Bergakademie Freiberg
2017-01-11
2016-04-11
2016-09-07
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doc-type:doctoralThesis
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doc-type:Text
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2021-03-29T10:45:22Z
qucosa:tubaf
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
openaire
Haftkräfte zwischen technisch rauen Oberflächen
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa-217698
ger
Die eingereichte Dissertation beschäftigt sich mit der messtechnischen Erfassung sowie der Modellierung von Haftkräften zwischen rauen Oberflächen. Dabei wurden durch Variation von Flüssigkeiten sowie dem Nutzen beschichteter Oberflächen verschiedene Benetzungseigenschaften eingestellt und untersucht. Zusätzlich wurden neben dem Kontaktwinkel der untersuchten Systeme die freien Ober- und Grenzflächenenergien bestimmt und mit den Kräften korreliert. Es zeigte sich, dass Haftkräfte auf rauen Oberflächen stets über mehrere Größenordnungen verteilt vorliegen. Die Beschreibung der ermittelten Verteilungen ist dabei entweder durch statistischer Funktionen oder zumindest teils auch durch eine im Rahmen der Arbeit entwickelten Modellierung möglich. Weiterhin zeigte sich, dass eine Unterteilung in verschiedene Haftmechanismen (durch Kapillarbrücken oder van der Waals- sowie polare Wechselwirkungen) vorgenommen werden kann. Kapillarbrücken bilden dabei die größten Kräfte aus. Sie entstehen auf Grund nanoskaliger Blasen (Nanobubbles), welche vor allem auf schlecht benetzenden Oberflächen existieren.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Metallschmelze; Tiefenfiltration; Schaumkeramik; Teilchentechnologie; Stoffübertragung; Oberflächeneigenschaft; Haftreibung; Grenzflächenenergie; Benetzung; Rauigkeit; Adsorption; Blase
Haftkraft, Raster-Kraft-Mikroskop, Rauheit, Benetzung
adhesive force, atomic force microscope, roughness, wetting
Fritzsche, Jörg
Peuker, Urs A.
Weber, Alfred
TU Bergakademie Freiberg
2017-03-02
2016-05-10
2016-10-07
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doc-type:doctoralThesis
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2021-03-29T10:45:29Z
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doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:620
ddc:621.3
ddc:660
openaire
Modelluntersuchungen zu Filtrationsmechanismen in keramischen Schaumfiltern
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa-220000
ger
Die eingereichte Arbeit ist ein Beitrag, um das Verständnis der Filtration von metallischen Schmelzen für hochwertige Gussprodukte zu erhöhen. Anhand theoretischer und experimenteller Betrachtungen wird besonders die Benetzung zwischen der kontinuierlichen und der dispersen Phase als Einflussfaktor auf Tiefenfiltrationsprozesse untersucht. Rasterkraftmikroskopische Messungen verdeutlichen die Bedeutung der Benetzung auf die Adhäsionsenergie zwischen zwei Feststoffoberflächen. Durch ein entwickeltes Modellsystem konnte bewiesen werden, dass mit steigendem Kontaktwinkel zwischen disperser und kontinuierlicher Phase die Filtrationseffizienz signifikant ansteigt. Aufgrund der wirkenden Haftmechanismen im getesteten Benetzungssystem können sich dendritische Abscheidestrukturen ausbilden, die zur Redispergierung neigen. Ergänzt um eine numerische Simulation am Einzelkollektor, konnte ein Abscheidemodell entwickelt werden. Dieses berücksichtigt erstmals reale Haftenergieverteilungen, simulierte Aufprallenergieverteilungen und die hydrodynamische Hemmung als relevante Parameter für die Tiefenfiltration.:Inhaltsverzeichnis III
Danksagung VII
Eidesstattliche Erklärung IX
1 Einleitung 1
2 Grundlagen 4
2.1 Metallschmelzefiltration 4
2.2 Benetzbarkeit 18
2.3 Wechselwirkungskräfte zwischen Feststoffen 25
2.4 Tiefenfiltration 34
2.4.1 Transportmechanismen 42
2.4.1.1 Sedimentation 43
2.4.1.2 Trägheit 44
2.4.1.3 Sperreffekt 44
2.4.1.4 Strömungseffekte 45
2.4.2 Haftmechanismen 49
2.5 Einzelkollektormodell 53
3 Materialien und Methoden 57
3.1 Charakterisierung verwendeter Feststoffe 57
3.1.1 Aluminiumoxid 59
3.1.2 Polytetrafluorethylen 62
3.1.3 Beschichtung des Aluminiumoxids 64
3.2 Keramische Filterstrukturen 65
3.2.1 Schaumfilter 65
3.2.2 Einzelkollektoren 72
3.3 Eigenschaften der kontinuierlichen Phase 74
3.4 Versuchsanlagen und Analytik 74
3.4.1 Filtrationsanlagen 75
3.4.2 Einzelkollektorversuchsstand 77
3.4.3 Analytik 80
3.5 Versuchsdurchführung 82
3.5.1 Kleine Filtrationsversuchsanlage 83
3.5.2 Einzelkollektorversuchsstand 86
3.5.3 Statistische Versuchsplanung 88
4 Entwicklung eines Abscheidemodells für Partikel in flüssigen Medien mithilfe numerischer Simulationen 93
4.1 Beschreibung der numerischen Strömungssimulation 94
4.2 Einfluss der hydrodynamischen Hemmung auf den Partikelaufprall 98
4.3 Experimentelle Ermittlung der Haftenergie 105
4.4 Berechnung der Haftwahrscheinlichkeit (Hiller-Zahl) 109
5 Modellhafte Untersuchungen mithilfe des Einzelkollektorkonzeptes 114
5.1 Grundlagenuntersuchungen zum Einzelkollektorkonzept 115
5.2 Parameterstudie zum Abscheideverhalten beim Einzelkollektoraufbau 119
6 Ergebnisse der Filtrationsversuche 128
6.1 Einfluss der Benetzung auf die Filtrationseffizienz 128
6.2 Einfluss der Fluidgeschwindigkeit und des Benetzungszustandes auf die Filtrationseffizienz 134
6.3 Redispergierungseffekte in keramischen Schaumfiltern 139
6.4 Einfluss der relativen Dichte auf die Filtrationseffizienz im komplett hydrophoben System 146
6.5 Vergleich der numerisch modellierten und der experimentell ermittelten Filtrationseffizienz 150
7 Zusammenfassung 155
8 Ausblick 159
9 Symbolverzeichnis 161
Lateinische Symbole 161
Symbol 161
Einheit 161
Bedeutung 161
Griechische Symbole 165
Indizes 166
Abkürzungen 167
10 Literaturverzeichnis 168
11 Anhang 189
11.1 Herstellung Polytetrafluorethylen Pulver 189
11.2 Berechnung der vdW-Kräfte und der Kapillarkräfte basierend auf Kapitel 2.3 190
11.3 Rezeptur zur Herstellung der Dynasylan-Beschichtung 192
11.4 Ergebnistabelle der statistischen Versuchsplanung am Einzelkollektorsystem 193
info:eu-repo/classification/ddc/620
ddc:620
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Tiefenfiltration; Schaumkeramik; Modellierung; Benetzung; Zwischenmolekulare Kraft; Hydrodynamik
Filtration, Schaumfilter, Benetzung, Tiefenfiltration, Modellierung, Partikel-Wand-Kontakt, hydrodynamische Hemmung
Filtration, Depth filtration, Modelling, particle-wall-contact, wetting, foam filter, hydrodynamic pressure
Heuzeroth, Fabian
Peuker, Urs Alexander
Schmidt, Eberhardt
TU Bergakademie Freiberg
2017-03-21
2016-10-11
2016-12-09
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
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doc-type:Text
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2021-03-29T10:45:48Z
qucosa:tubaf
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
openaire
Herstellung, Simulation und Charakterisierung thermoelektrischer Generatoren auf Basis anisotroper Oxidmaterialien
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa-227665
ger
Die thermoelektrische Energiekonversion auf der Basis des Seebeck-Effekts ist eine Methode zur direkten Erzeugung elektrischer Energie aus thermischer Energie. Für die wesentlichen anwendungsrelevanten Parameter Temperaturbereich, elektrische Leistung und Herstellungskosten sind Materialauswahl und Aufbau der TEG entscheidend. In der vorliegenden Arbeit wurden erstmalig thermoelektrische Oxidkeramiken in monolithischen TEG verwendet, die auf der Grundlage des transversalen thermoelektrischen Effekts arbeiten. Die TEG wurden mit industriell skalierbaren Keramiktechnologien hergestellt, untersucht und hinsichtlich ihrer Parameter detailliert theoretisch und experimentell bewertet.
Als Modellsystem für die Materialien wurde La1-xSrxCuO4 in Kombination mit Ag bzw. Ag6Pd1 verwendet. Es konnte belegt werden, dass diese monolithischen TEG im Bereich kleiner elektrischer Leistungen eine vorteilhafte Alternative zu herkömmlichen
longitudinalen thermoelektrischen Generatoren sein können.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Oxidkeramik; Thermoelektrischer Generator; Seebeck-Effekt
Thermoelektrisches Oxid, thermoelektrischer Generator, transversaler thermoelektrischer Effekt, anisotrope Thermoelektrik, elektrische und thermische Transporteigenschaften, Multilagen-Prozess
thermoelctric oxide, thermoelectric generator, transversal thermoelectric effect, anisotropic thermoelectric, electrical and thermal transport properties, multilayer process
Dreßler, Christian
Heitmann, Johannes
Teichert, Steffen
Technische Universität Bergakademie Freiberg
2017-09-18
2016-11-04
2017-06-01
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
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doc-type:Text
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2021-03-29T10:47:08Z
qucosa:tubaf
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:530
ddc:660
openaire
Größenkontrollierte Herstellung von Ge-Nanokristallen in Hoch-Epsilon-Dielektrika auf Basis von ZrO2
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa-236209
ger
Nanokristalle werden beispielsweise für eine Anwendung in Solarzellen, Lichtemittern und nichtflüchtigen Datenspeichern diskutiert. Damit diese Anwendungen funktionieren können, ist eine genaue Kontrolle der Kristallitgröße sowie der Flächendichte und Lage der Kristallite in der Matrix wichtig. Zudem sollte die Matrix amorph sein, da amorphe Matrixmaterialien die Nanokristall-Oberfläche besser passivieren und beständiger gegen Leckströme sind. In dieser Arbeit werden Ge-Nanokristalle in die Hoch-Epsilon-Dielektrika ZrO2 und TaZrOx eingebettet. Im System Ge/ZrO2 kristallisieren die Ge-Cluster und die ZrO2-Matrix bei der gleichen Temperatur. Aufgrund der kristallinen Matrix weicht die Form der Ge-Nanokristalle von einer Kugel ab, worunter unter anderem die Größenkontrolle leidet. Die Beimischung von Ta2O5 stabilisiert die amorphe Phase des ZrO2 und verhindert dadurch die gemeinsame Kristallisation. Dadurch wird es im System Ge/TaZrOx möglich, kugelförmige Ge-Nanokristalle im Größenbereich von 3 nm bis 6 nm positionskontrolliert in eine amorphe Matrix einzubetten. Für die Untersuchung einer möglichen Anwendung des Materialsystems wurden Speicherzellen eines nichtflüchtigen Datenspeichers auf Basis von Ge-Nanokristallen hergestellt. Dabei zeigte sich, dass das System Ge/TaZrOx überdurchschnittlich viele Ladungen speichert und daher für diese Anwendung vielversprechend ist. Zudem stabilisiert die Beimischung von Ta2O5 eine extrem seltene orthorhombische Modifikation des ZrO2. Für ferroelektrische Datenspeicher könnte diese Phase eine aussichtsreiche Alternative zum HfO2 sein.
info:eu-repo/classification/ddc/530
ddc:530
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Germanium; Nanokristall; Zirkoniumdioxid; Speicherzelle; Solarzelle; Silicium
Nanokristalle, Germanium, Hoch-Epsilon, high-k, ZrO2, nichtflüchtiger Datenspeicher, NVM
nanocrystals, germanium, high-k, zirconia, non volatile memory, nvm
Lehninger, David
Heitmann, Johannes
Bartha, Johann Wolfgang
TU Bergakademie Freiberg
2018-06-06
2017-08-08
2018-12-08
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
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doc-type:Text
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2021-03-27T11:28:36Z
qucosa:tud
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
openaire
Polymer Supported Lipid Bilayer Membranes for the Integration of Transmembrane Proteins
urn:nbn:de:bsz:14-ds-1241457489091-02157
306645025
eng
This work reports on the successful formation of supported multicomponent lipid bilayer membranes (sLBMs) from natural occurring lipids as well as synthetic lipids on a set of polymer cushions consisting of alternating maleic acid copolymers. Maleic acid copolymers provide a versatile platform to adjust the physico-chemical behaviour by the choice of the comonomer unit. The formation of sLBMs was triggered by a transient reduction of the electrostatic repulsion between the polymer cushions and the lipid vesicles by lowering the solutions pH to 4. Upon formation the stability of sLBMs was not affected by subsequent variations of the environmental pH to 7.2. Even drastic changes in the environmental pH (between pH 2 and pH 9) did not lead to delamination and proved the stability of the polymer sLBM. The degree of hydrophilicity and swelling of the anionic polymer cushions was found to determine both the kinetics of the membrane formation and the mobility of the lipid bilayer with lipid diffusion coefficients in the range from 0.26 to 2.6 µm2 s-1. An increase in cushion hydrophilicity correlated with a strong increase in the diffusion coefficient of the lipids. This trend was found to correlate with the kinetics of bilayer formation in the process of vesicle spreading. The observations strongly support the important role of the support’s polarity for the fluidity of the sLBM, which is probably related to the presence of a water layer between support and bilayer. The investigated polymer cushions are considered to open new options for the in situ modulation of lipid bilayer membranes characteristics to match the requirements for the successful integration of functional transmembrane proteins (TMPs). As each cushion exhibits different physico-chemical properties, the resulting behaviour of the sLBMs and TMPs could be exactly adjusted to the specific requirements of biological samples. This is exemplarily shown by the integration of the TMP beta amyloid precursor protein cleaving enzyme (BACE). Integrated BACE was observed to be mobile on all polymer cushions. On the contrary, no lateral mobility of BACE was found in solid sLBM. Furthermore, the activity of integrated BACE was analysed by the cleavage of an amyloid precursor protein analogue. Remarkably, the polymer cushions did not only enhance the mobility but were also found to increase the activity of BACE by a factor of 1.5 to 2.5 in comparison to solid sLBM. From the obtained results it is obvious that even small cytoplasmic domains of transmembrane proteins might not be preserved upon the integration in silica sLBM. The observed beneficial effects of the utilised polymer cushions on the mobility and activity of transmembrane proteins motivate further studies to clarify the general applicability of the polymer platform. Altogether, this polymer platform provides valuable options to form sLBM with varying characteristics to reconstitute transmembrane proteins for a wide range of possible future applications in biology.
Die vorliegende Arbeit beschreibt die Bildung von polymer unterstützten Lipiddoppelschichten zur Integration von transmembranen Proteinen. Das Polymerkissensystem besteht aus alternierenden Maleinsäurecopolymeren. Lipiddoppelschichten wurden durch die Steuerung der elektrostatischen Repulsion erzeugt: die Verringerung des pH-Wertes auf 4 wurde eine Erhöhung der adsorbierten Vesikelmenge auf den Polymeroberflächen induziert. Nach der erfolgten Bildung der Lipiddoppelschichten kann der pH-Wert beliebig variiert werden, ohne dass die Stabilität der Lipiddoppelschichten beeinflusst wird. Auch drastische Veränderungen des pH-Milieus (pH 2 - pH 9) führten zu keinen Veränderungen in der Membranintegrität. Der Grad der Hydrophilie und der Quellung der anionischen Polymerschichten beeinflusst sowohl die Bildung der Modellmembranen als auch die Mobilität der integrierten Lipidmoleküle. Dabei reichen die erzielten Lipiddiffusionskoeffizienten von 0.26 bis 2.6 µm2 s-1. Dabei ist die Mobilität direkt von der Hydrophilie des Substrates abhängig. Die beobachteten Ergebnisse zeigen deutlich die entscheidende Rolle der Polarität der verwendeten Substratoberflächen auf die Lipidmobilität, die sehr wahrscheinlich mit der Präsenz einer variablen Wasserschicht zusammenhängt. Die untersuchten Polymerkissen eröffnen neue Möglichkeiten für die insitu Modulierung der Charakteristika von Lipidschichten, um funktionale transmembrane Proteine zu integrieren. Aufgrund der unterschiedlichen physiko-chemischen Eigenschaften kann das Verhalten der Lipidschichten und der transmembranen Proteine nach den spezifischen Anforderungen des Modellsystems angepasst werden. Die funktionale Integration wurde am Beispiel des transmembranen Proteins BACE nachempfunden. Die Mobilität des integrierten BACE wurde auf allen Polymerkissen beobachtet. Im Gegensatz dazu wurde auf harten Substraten keine BACE Mobilität gefunden. Die Aktivität des integrierten BACE wurde durch die enzymatische Spaltung eines APP-Analogons nachgewiesen. Bemerkenswerteweise wurde ein Anstieg der BACE Aktivität auf den Polymerkissen um den Faktor 1,5 bis 2,5 im Vergleich zu den auf harten Substraten integrierten BACE beobachtet. Zusammenfassend, die verwendeten Polymerkissen bieten vielfältige Möglichkeiten Lipidschichten mit variierenden Eigenschaften für die Integration von transmembranen Proteinen zu erzeugen.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
polymer cushion, lipid bilayer membranes, QCM, BACE, transmembrane proteins, activity, mobility
Polymerkissen, Lipiddoppelschichten, QCM, BACE, Transmembranprotein, Aktivität, Mobilität
Renner, Lars
Bley, Thomas
Werner, Carsten
Textor, Marcus
Technische Universität Dresden
2009-05-04
2008-11-28
2009-04-24
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
https://tud.qucosa.de/id/qucosa%3A23741
https://tud.qucosa.de/api/qucosa%3A23741/attachment/ATT-0/
oai:qucosa:de:qucosa:23752
2022-09-06T08:43:32Z
qucosa:tud
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:620
ddc:621.3
ddc:660
status-type:publishedVersion
openaire
Zur Behandlung und Verwertung von Rückständen aus der Oberflächenwasseraufbereitung
urn:nbn:de:bsz:14-ds-1241613891497-40254
306653303
ger
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-805409
qucosa:80540
Bei der Aufbereitung von Rohwässern zu Trinkwasser fallen in der Regel unvermeidbare Rückstände an, die den gesetzlichen Bestimmungen entsprechend entsorgt werden müssen. Schlammhaltige Wässer, die den größten Anteil an Wasserwerksrückständen einnehmen, entstehen bei der Spülung von Filtern und enthalten nahezu alle aus dem Rohwasser entfernten Stoffe und nicht im Trinkwasser verbleibende Aufbereitungschemikalien. Während früher in vielen Wasserwerken Teile des schlammhaltigen Filterspülwassers nach einem Sedimentationsvorgang wieder in den Aufbereitungsprozess zurückgeführt wurden, ist dies in Deutschland auf Grund einer möglichen Beeinträchtigung der Trinkwasserqualität bei mikrobiologisch belasteten Wässern (z. B. Oberflächenwasser) ohne eine adäquate Behandlung (z. B. Ultrafiltration) nicht mehr erlaubt. Somit müssen schlammhaltige Filterspülwässer anderweitig entsorgt werden, z. B. durch eine Einleitung in die Kanalisation. Die dabei auftretenden Auswirkungen auf Abwasserbehandlungsanlagen sind noch nicht ausreichend bekannt. In der vorliegenden Arbeit werden unterschiedliche Ultrafiltrationsmodule (Kapillarmembranmodul und getauchtes Modul) hinsichtlich ihrer Eignung zur Aufbereitung aluminiumhaltiger schlammhaltiger Filterspülwässer und damit zur Rückführung des entstehenden Filtrates in den Aufbereitungsprozess untersucht. Die grundsätzliche Eignung beider Modulsysteme wird nachgewiesen. Bei Verwendung von getauchten Modulen kann auf eine vorangehende Sedimentationsanlage verzichtet werden. Als kritisch muss unabhängig vom gewählten Modulkonzept die Entsorgung des anfallenden Retentates angesehen werden, da die gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte der Indirekteinleitung für mehrere Parameter nicht eingehalten werden. Bilanzierungen der relevanten Schadstoffe ergeben, dass der Schadstoffeintrag überwiegend diffus mit dem Rohwasser in das Wasserwerk erfolgt. Zur Untersuchung von Auswirkungen der Einleitung aluminiumhaltiger schlammhaltiger Filterspülwässer aus der Oberflächenwasseraufbereitung auf die Abwasserbehandlung wurden labortechnische Versuche zur Ermittlung des Phosphatadsorptionspotenzials durchgeführt. Neben der Abhängigkeit der Phosphatadsorptionskapazität vom pH-Wert wurde der Einfluss der Feststoffkonzentration des schlammhaltigen Filterspülwassers in Versuchen mit Modellwasser nachgewiesen. Eine Erhöhung der Feststoffkonzentration wirkt einer möglichst hohen Ausnutzung des Adsorptionspotenzials entgegen. Während für die Ultrafiltrationsbehandlung gegenüber der Indirekteinleitung ein Kostenvorteil ermittelt wird, ist die für die Nutzung des Phosphatadsorptionsanteils verfügbare Schlammmenge für einen alleinigen Einsatz in der Kläranlage bei gleichen Einzugsgebieten nicht ausreichend.
In most water treatment plants (WTPs), during the water purification process, residuals are generated that have to be disposed according to current regulations. Most of the residuals are derived from filter backwash processes (i. e. spent filter backwash water, SFBW) and contain substances that are removed from the raw water. In addition, in the spent filter backwash water, chemicals can be found that are required for the operation of the water treatment process and do not remain in the drinking water. Over recent decades, SFBW has been returned to the beginning of the water treatment plant (WTP) after a sedimentation process in order to reduce the amount of water being discharged. Concerns over the recycling of microorganisms, of heavy metals or precursors for disinfection by-products, have led to a significant reduction of the number of WTPs that directly return filter backwash water to the water treatment process. According to German technical standards, the reuse of SFBW might only be possible after the application of groundwater infiltration or an equivalent technique. Because of an almost complete recovery of particles and microorganisms, ultrafiltration treatment is a proven alternative to groundwater recharge of SFBW. In this work, different ultrafiltration modules for the treatment and reuse of SFBW are compared. Capillary as well as submerged membrane modules are suitable for the treatment of SFBW. If submerged membrane modules are used, no sedimentation period prior to ultrafiltration treatment is necessary. As a consequence of the accumulation of particulate matter including heavy metals and other compounds in the retentate during ultrafiltration treatment, threshold values of several regulations cannot be met, and either the discharge of retentate into the sewer will be charged or alternative disposal options must be considered. Mass balances for an entire WTP showed most of these contaminants to originate from non-point sources in the watershed. Lab-scale experiments are performed for the examination of the phosphate adsorption potential of SFBW derived from surface water treatment using aluminum-based coagulants. Besides a strong influence of the pH-value present in the SFBW, an influence of the TSS-concentration of SFBW on phosphate adsorption capacity could be demonstrated. Elevated TSS-concentrations resulted in a lower phosphate adsorption capacity of the investigated SFBW. While ultrafiltration treatment with subsequent reuse of SFBW might be cheaper than the discharge to the sewer system, the amount of SFBW required for a complete phosphate removal in the wastewater treatment plant is to large and therefore, no economic advantage of phosphate adsorption could be demonstrated
Trinkwasseraufbereitung, schlammhaltige Filterspülwässer, Behandlung, Ultrafiltration, Phosphatadsorption, Verwertung
drinking water treatment, spent filter backwash water, treatment, ultrafiltration, phosphate adsorption, reuse
info:eu-repo/classification/ddc/620
ddc:620
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Reißmann, Florian
Wingrich, Horst
Krebs, Peter
Grischek, Thomas
Technische Universität Dresden
2008-03-31
2009-01-13
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2009-05-06
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
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2021-03-27T11:33:26Z
qucosa:tud
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
openaire
Sedimentationsverhalten von Submikrometerpartikeln in wässrigen Suspensionen
urn:nbn:de:swb:14-1196269777031-23379
275893227
ger
Die Dissertation verfolgt das Ziel, das Sedimentationsverhalten kolloidaler Suspensionen in Abhängigkeit von der Partikelkonzentration und den Partikelwechselwirkungen zu untersuchen und die Grenzen einer Sedimentationsanalyse im Zentrifugalkraftfeld auszuarbeiten. Um Effekte der Partikelagglomeration von den anderen Einflussfaktoren unterscheiden zu können, wurde besonderes Augenmerk auf die Gewährleistung der Suspensionsstabilität und deren messtechnischen Nachweis gerichtet. Im Submikrometerbereich gewinnen die zwischen den einzelnen Partikeln wirkenden nicht-hydrodynamischen Kräfte gegenüber Trägheits- oder Feldkräften an Bedeutung und können diese sogar dominieren. Infolgedessen ist der Zustand einer kolloidalen Suspension nicht mehr allein über die Partikelgrößenverteilung und die Partikelkonzentration definiert, sondern gleichfalls abhängig von den bestehenden Grenzflächeneigenschaften, die wiederum von solchen Eigenschaften der kontinuierlichen Phase wie pH-Wert oder Elektrolytgehalt abhängen. Im Zentrum der experimentellen Arbeiten stand die Untersuchung des Einflusses der Partikelkonzentration auf das Sedimentationsverhalten feinster Partikelsysteme. In der Literatur existiert keine einheitliche Beschreibung des Konzentrationseinflusses. In der Dissertation wurde die Suspensionsstabilität von Siliziumdioxid-Suspensionen gezielt beeinflusst, um deren Einfluss auf das Sedimentationsverhalten zu bewerten. Es wurde gezeigt, dass nur für instabile Suspensionen die erwartete Sinkgeschwindigkeitsüberhöhung existiert. Es wurde aber auch gezeigt, dass die bei unterschiedlichen Drehzahlen erhaltenen Sinkgeschwindigkeiten nicht über das Beschleunigungsvielfache skaliert werden können. Weiterhin wurde demonstriert, dass in solchen Systemen eine komplexe Abhängigkeit vom Feststoffgehalt existiert, weil die Koagulationsgeschwindigkeit auch von der Partikelkonzentration abhängt. Als geeignetes Kriterium zur Bewertung des Agglomerationszustandes monodisperser Partikelsysteme konnte die Breite der Sinkgeschwindigkeitsverteilung nachgewiesen werden. In Ergänzung zu den im Zusammenhang mit der Partikelkoagulation instabiler Suspensionen führen insbesondere bei elektrostatisch stabilisierten Partikelsystemen die mit der elektrochemischen Doppelschicht verbundenen Wechselwirkungen zu einer Beeinflussung der Suspensionsstruktur und folglich zu einer Beeinflussung hydrodynamischer Phänomene. Das wird in den bekannten Modellen nicht berücksichtigt und in der vorgelegten Arbeit am Sedimentationsverhalten monodisperser Partikelsysteme bei verschiedenen Elektrolytgehalten der kontinuierlichen Phase untersucht. Zu diesem Zweck wurden aus einer konzentrierten Suspension von 200 nm Partikeln und dem ihr zugehörigen Zentrifugat Suspensionsproben unterschiedlichen Feststoffgehaltes zubereitet. Mit einem Potenzansatz, wie er bereits von Richardson und Zaki für die Sedimentation von Mikrometerpartikeln verwendet wurde, konnte der experimentell bestimmte Zusammenhang zwischen der Sinkgeschwindigkeit und der Suspensionsporosität beschrieben werden. Dabei ist die Sedimentationsbehinderung umso ausgeprägter, je kleiner der Elektrolytgehalt, d.h. je ausgedehnter die Doppelschichtdicke ist. Die stark mit dem Elektrolytgehalt korrelierenden Werte für den Exponenten dieses Ansatzes liegen zwischen 5 und 10 im Gegensatz zu Richardson und Zaki von 4,65. Untersuchungen zum Konzentrationseinfluss mit gröberen Partikeln in elektrolytarmen Lösungsmitteln bestätigten die gegenüber dem Mikrometerbereich stärkere Sedimentationsbehinderung elektrostatisch stabilisierter kolloidaler Suspensionen. Zusätzlich zu den wissenschaftlichen Untersuchungen erfolgte die Konstruktion einer einfachen und robusten Sedimentationszelle mit optischer Messwerterfassung. Es wurde die Funktionstüchtigkeit eines zuverlässigen, partikelgrößenselektiven Messgerät z.B. für Industrielabore zur Optimierung von Sedimentationsprozessen demonstriert.
The sedimentation of stabilized suspensions strongly depends on the particle concentration. Even for dilute systems the decrease of the settling velocity compared to that of isolated particles is quite significant. This is primarily due to hydrodynamic interactions (HI), which are long-range interaction, since disturbances in the flow field decline reciprocally with the distance from the surface. The sedimentation of colloidal particles is additionally affected by the electric double layer surrounding them. The double layer leads to electro-viscous effects as well as to electrostatic repulsion between neighboring particles. Both phenomena can amplify the hydrodynamic hindrance to considerable extent. In this dissertation thesis an experimental study on the influence of double layer thickness on the sedimentation of charged colloidal particles is presented. Investigations were carried out using an optical centrifuge, in which the sedimentation velocity of monosized sub-micrometer silica particles were studied at different particle concentration and varying ionic strength. The results are discussed with regard to the applicability of theoretical models and (semi-)empirical approximations. Richardson and Zaki had determined a power law exponent of 4.65 for hard sphere systems in the 100 micrometer range. In the experimental work for sub-micrometer particles the exponent was determined between 5 (low double layer thickness at high electrolyte concentration) and 10 (high double layer thickness at low electrolyte concentration). Additionally a simple and robust device for gravitational sedimentation analysis by optical signal sensing was designed. It enables industrial application for the optimization of sedimentation processes.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Partikel, Sedimentation, Grenzflächeneigenschaften, Analysenzentrifuge
particle, sedimentation, interfacial properties, analytical centifuge
Salinas Salas, Gonzalo Eugenio
Ripperger, Siegfried
Lerche, Dietmar
Stintz, Michael
Technische Universität Dresden
2007-11-28
2007-07-09
2007-11-26
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
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oai:qucosa:de:qucosa:24003
2021-03-27T11:32:09Z
qucosa:tud
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
ddc:660
openaire
Aufbau nanoskopischer Netzwerke aus DNA und Bindeproteinen
urn:nbn:de:swb:14-1194889063905-84093
276215737
ger
Zusammenfassung Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Grundlagenuntersuchungen zum Aufbau von nanoskopischen Netzwerken aus DNA. Dabei werden zwei Wege verfolgt: Das Stempeln von DNA-Molekülen auf ein Substrat und die Herstellung von Verknüpfungen aus DNA mit Hilfe von Bindeproteinen. Stempeln von DNA-Molekülen In dieser Arbeit wurde ein Beitrag zu den materialwissenschaftlichen Grundlagen des Übertragens von DNA mit der Stempel-Technik erbracht. Hierbei wurden sowohl das Beladen des Stempels durch Molecular Combing als auch die Übertragung der Moleküle durch Transfer Printing unter den speziellen Bedingungen der Verwendung von DNA-Molekülen vertieft untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, gestreckte DNA-Moleküle zielgerichtet in eine mikroelektronische Struktur mit Goldkontakten zu übertragen. Dazu wurde ein Verfahren erarbeitet, bei dem die Kontaktstruktur und ein dazu passender, strukturierter PDMS (Polydimethylsiloxan)-Stempel exakt positioniert werden können. Das Adsorptionsverhalten von DNA auf PDMS wurde in Abhängigkeit vom pH-Wert des Puffers untersucht. Im gesamten pH-Bereich von 4 bis 10 wurde Adsorption mit hoher Belegungsdichte und vollständiger Streckung der Moleküle beobachtet. Diese Beobachtung kann im Rahmen eines phänomenologischen Modells erklärt werden, das auf einer Bilanz der Adsorptionskraft und der für die Streckung der DNA notwendigen Kraft beruht. In der Literatur wird hingegen berichtet, dass bisher nur in einem kleinen pH-Bereich um 5,5 diese hohe Adsorptionsrate gestreckter Moleküle auf einer hydrophoben Oberfläche erreicht werden konnte. Das Adsorptionsverhalten von DNA auf PDMS wurde in Abhängigkeit von der NaCl-Molarität des Puffers untersucht. Es wurde festgestellt, dass mit steigender Salzkonzentration die Belegungsdichte an Molekülen zunimmt und bei ca. 100 mM ein Maximum aufweist. Aus dem Gang der Anzahl der adsorbierten Moleküle mit der Salzkonzentration ist erkennbar, dass dieser Prozess zumindest durch zwei konkurrierende Mechanismen bestimmt ist: der Zunahme der Bindungen zwischen DNA und Substrat aufgrund steigender Adsorption von Na+- Ionen auf der DNA bzw. dem Substrat und von Cl-- Ionen auf dem Substrat (dies führt zu einer Zunahme der Adsorptionsrate) und der Stabilisierung des Doppelstranges (dies führt zu einer Abnahme der Adsorptionsrate). Die hohe Adsorptionsrate geschlossener Plasmide zeigte, dass die Adsorption auf PDMS auch bei DNA-Molekülen möglich ist, die keinen bevorzugten Ort für das Aufschmelzen des Doppelstranges haben. Experimentell konnten die Ergebnisse einer Modellrechnung bestätigt werden, wonach bei doppelsträngiger DNA bereits zwei aufgeschmolzene Basenpaare ausreichen, damit die Adsorption über hydrophobe Wechselwirkungen beginnen kann. Der Nachweis der vollständigen Übertragung der DNA-Moleküle während des Transfers vom Stempel auf das Substrat wurde rasterkraftmikroskopisch geführt. Der Transferprozess wurde experimentell untersucht und daraus resultierend seine Darstellung als zweistufiger Mechanismus vorgeschlagen. Es wurde gezeigt, dass Wassermolekülen beim Übertragungsprozess die entscheidende Rolle zukommt: Wassermoleküle, die sich entlang der DNA befinden, müssen den Kontakt zum Wasserlayer auf dem Glas vermitteln, so dass die DNA nach dem Prinzip des kapillaren Greifens übertragen werden kann. DNA-Verknüpfungen mittels Tet-Repressor-Protein Die aus der bakteriellen Genregulation bekannte sequenzspezifische Bindung zwischen der tetO-Sequenz auf der DNA und dem TetR-Protein wurde genutzt, um definierte Konstrukte aus DNA und Bindeproteinen herzustellen. Mit dem modifizierten Protein scTetRtDL, das zwei Bindedomänen für tetO besitzt, konnten jeweils zwei DNA-Moleküle verknüpft werden. Aus 568 bp-Fragmenten, die leicht außermittig die tetO-Sequenz tragen, wurden durch die Bindung mit scTetRtDL kreuzförmige DNA-Strukturen hergestellt. Das ca. 1 µm lange, linearisierte und tetO-tragende Plasmid pUC19/AV16 wurde verwendet, um größere Strukturen herzustellen. Durch Schneiden des Plasmides mit verschiedenen Restriktionsenzymen und der daraus resultierenden Variation der Position von tetO ist die Konstruktion von unterschiedlichen Strukturen möglich. Mittels Proteinbindung wurden Kreuzungen und aneinander gekettete Moleküle (so genannte Verlängerungen) erzeugt. Die konstruierten DNA-Protein-Komplexe wurden mit dem Rasterkraftmikroskop abgebildet. Mittels Gelelektrophorese wurde der Einfluss der sequenzinduzierten Biegungen im Plasmid pUC19/AV16 auf das Laufverhalten im Gel untersucht.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
DNA, Tet-Repressor-Protein, Molecular Combing, Transfer Printing, DNA-Netzwerk, Stempeln, Adsorption, Rasterkraftmikroskopie, Nanostrukturen, sequenzspezifische Bindung, Gelelektrophorese
DNA, Tet-repressor protein, molecular combing, transfer printing, DNA network, stamping, adsorption, scanning force microscopy, nanostructures, sequence specific binding, gel electrophoresis
Benke, Annegret
Pompe, Wolfgang
Hillen, Wolfgang
Cuniberti, Gianaurelio
Technische Universität Dresden
2007-11-12
2007-04-24
2007-10-25
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
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oai:qucosa:de:qucosa:24004
2021-03-27T11:31:48Z
qucosa:tud
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:620
ddc:621.3
ddc:660
openaire
Development of the Weaving Machine and 3D Woven Spacer Fabric Structures for Lightweight Composites Materials
urn:nbn:de:swb:14-1195729741274-93895
276256034
eng
The need for innovative lightweight materials are rapidly increased in the recent years, owing to their cost-effective, high-strength, environmentally-sound use of materials and process technologies, in addition to that they reduce the weight of a product. The characteristics of 3D-spacer fabrics as one of the most important lightweight materials in future are multifaceted not only owing to its extremely light materials, but also because of exceptionally high stiffness to weight ratio compared to other constructions. It is also one possible method for improving the properties of fabric-reinforced composites. It can enhance the through-the-thickness properties, such as shear strength, dimensional stability, damage, tolerance, and fracture toughness that are critical for many structural applications. Spacer fabric has been employed in high-technology applications because of its critical mechanical properties related to high tensile strength, tear strength and stiffness. Furthermore, its multidirectional structures allow with more reinforcement along the thickness direction leading to an increase in stiffness and strength properties. The fundamental aim of this thesis exists in the development of a new kind of woven spacer fabrics for the light weight composites materials, in an effort to weave spacer fabrics that can not be realized with the old technology which are mentioned above. Therefore, the work in brief focuses on two main goals: 1. Development of a new kind of spacer fabrics for composites in the lightweight constructions. 2. Development of special devices of a narrow weaving machine for standing the process of the new kind of spacer fabrics production. The slippage strength test had to be carried out for the floated warp yarns through the ground fabrics by using different elements of woven fabric structures variables represented in different fabric constructions, different weft densities and different repeats of constructions by using different materials. The importance of this test related to the backward-movement of the floated warp yarns which is the crucial stage in the weaving process of spacer fabrics during the backward-movement. The results of this test determine the required forces for the backward-movement, on the other side it is the best method to observe the behavior of structure elements during the backward movement. The results of the slippage strength had been statistically analyzed, and the weaving process for the spacer fabrics had been achieved. It was concluded that the best properties for the woven spacer fabrics and the optimum case for the weaving process on the test weaving machine had been achieved when the following items are realized: Development of the narrow weaving machine is closed in assisting operations, let-off and take-up and enhancement for take-up processes. Extra let-off and take-up devices must be constructed at the weaving machine. Extra let-off device has to be used for controlling the floated warp yarns of ground fabrics. On the other side, extra take-up and the developed take-up devices have to be used for controlling the woven spacer fabrics. The experimental results give fundamental knowledges for the next steps in research and development of woven spacer fabrics made of high-performance yarns on the wide weaving machine.
Die Ziele der Arbeit bestanden in der Entwicklung der Geometrie der Spacer Fabrics und der notwendigen Falteneinrichtung an der Bandwebmaschine. Spacer Fabrics werden ausschließlich aus zwei Deckflächen, die durch eingewebte Stege verbunden sind, gefertigt. Zur Entwicklung der Spacer Fabrics muss eine Doppelnadel-Bandwebmaschine mit zwei Webfächern eingesetzt werden. Für die Faltenwebeinrichtung werden der entwickelte Extra-Kettablass und der Extra-Abzug benötigt. Der Antrieb und die Steuerung des Extra-Abzuges erfolgen durch einen Synchronantrieb und der Antrieb und die Steuerung des Extra-Ablasses durch Pneumatik.Eine frei programmierbare Steuerung der Faltenwebeinrichtung ermöglicht eine sichere und optimierte Synchronisation zwischen Webprozess und Faltenbildung. Im Ergebnis einer systematischen Strukturentwicklung von Spacer Fabrics und der Simulation ihrer günstigen Herstellung mittles eines speziell entwickelten Slippage Strength Tests werden die optimalen Strukturen ermittelt. Die experimentellen Untersuchungen bringen grundlegende Erkenntnisse für die folgenden Forschungsschritte zur Entwicklung von gewebten Spacer Fabrics mit Hochleistungsgarnen auf Doppelgreiferwebmaschinen.
info:eu-repo/classification/ddc/620
ddc:620
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
3D-spacer fabrics, weaving machine
Bandwebmaschine, Spacer Fabrics, programmierbare Steuerung
Badawi, Said Sobhey
Offermann, P.
Modler, K.-H.
Seidl, R.
Technische Universität Dresden
2007-11-22
2007-07-09
2007-11-06
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
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2021-03-27T11:40:09Z
qucosa:tud
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:620
ddc:621.3
ddc:660
openaire
Entwicklung und Charakterisierung von Elastomerkompositen auf Basis neuerer mikro- und nanoskaliger Füllstoffe
urn:nbn:de:swb:14-1196247949963-96318
276255836
ger
In der Dissertation wurden Nanokomposite mit unterschiedlichen Kautschuken (HNBR, EPDM, MAH-g-EPDM) als Basismaterial sowie diversen modifizierten Schichtsilikaten als Füllstoff hergestellt und charakterisiert. Untersucht wurden die sich ausbildenden Strukturen bzw. die Morphologie (Aggregation, mögliche Orientierungen), die mechanischen Eigenschafte (Verstärkungswirkung) sowie die Füllstoff-Füllstoff-Wechselwirkungen und die Polymer-Füllstoff-Wechselwirkungen.
info:eu-repo/classification/ddc/620
ddc:620
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Schichtsilikate, Elastomere, HNBR, EPDM, dynamisch-mechanische Analyse
organic layered silicates, elastomers, HNBR, EPDM, dynamic-mechanically analysis
Uhl, Claudia
Heinrich, Gert
Münstedt, Helmut
Herrmann, Wolfram
Technische Universität Dresden
2007-11-28
2007-05-16
2007-11-27
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
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2021-03-27T11:43:16Z
qucosa:tud
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:620
ddc:621.3
ddc:660
openaire
Mg-Al Layered Double Hydroxide: A Potential Nanofiller and Flame-Retardant for Polyethylene
urn:nbn:de:swb:14-1195481811992-27563
275870383
eng
The presented research report deals with the investigation of magnesium aluminum based layered double hydroxide (LDH) as a potential nanofiller and flame-retardant for polymers with special reference to polyethylene. LDH is a mixed hydroxide of di- and trivalent metal ions that crystallizes in the form of mineral brucite. The basic reason for selecting LDH or more specifically magnesium-aluminum based LDH (Mg-Al LDH) is their typical metal hydroxide-like chemistry and conventional clay-like layered crystalline structure. The former is helpful in the direct participation in flame inhibition through endothermic decomposition and stable char formation. On the other hand, the later makes LDH suitable for polymer nanocomposite preparation, which can address the poor dispersibility problem associated with conventional metal hydroxide type fillers in polyolefin matrix. Besides, unlike layered silicate type clays (often reported for their capability to improve flame retardancy of polymers), LDH being reactive during combustion has higher efficiency to reduce the heat released during combustion of the composites. LDH clay with fixed Al:Mg ratio was synthesized using urea hydrolysis method and characterized. The organic modification of Mg-Al LDH using anionic surfactants has been studied in details. The main purpose of such modification is to enlarge the interlayer distance and to render it more organophilic. The surfactants were selected based on their functionality, chain length, etc and the modification was carried out by regeneration method. In the modified LDHs, the surfactants anions are arranged as a monolayer in the interlayer region and expand the interlayer distance according to their tail size. PE/LDH nanocomposites were prepared by melt-compounding method using a co-rotating tightly intermeshed twin-screw extruder and the morphological, mechanical and flammability properties of the nanocomposites were investigated in details. The X-ray diffraction analysis and electron microscopic analysis show a complex LDH particle morphology with hierarchy of particle size and shape starting from exfoliated particles fragments to particle aggregates over few hundred nm size. The exfoliated LDH platelets are distributed both in the vicinity of large particles and also in the bulk matrix. The melt rheological characterization of the nanocomposites also reflects the similar complex particle morphology. The dynamic oscillatory shear experiments showed that with increasing LDH concentration, the rheological behavior of the nanocomposite melts deviates strongly from that of the unfilled polyethylene. Thermogravimetric analysis (TGA) shows that LDH significantly improves the thermal stability of the polymer matrix in comparison to the unfilled polymer. The flammability studies of the PE/LDH nanocomposites have been reported in terms of various standard methods, like limited oxygen index (LOI), cone-calorimetry and UL-94 vertical and horizontal burn tests. The cone-calorimetric investigation shows that the nanocomposites have significantly lower burning rate and heat released during combustion. With increasing concentration of LDH though the LOI value of the nanocomposite increases marginally, the burning behavior, like dripping, rate of burning, etc are significantly improved. The flammability performance of LDH in combination with other commonly used flame-retardant (magnesium hydroxide) was also investigated. It has been observed that in polyethylene, a 50 wt% combination filler (4:1 weight ratio of magnesium hydroxide and LDH) can provide similar flammability ratings (like V0 rating in UL94 test, no dripping, etc) as that observed with 60 wt% magnesium hydroxide alone.
info:eu-repo/classification/ddc/620
ddc:620
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Layered double hydroxide, nanocomposites, flame-retardants, rheology
Nanocomposit, Flammhemer, Rheologie, Layered Double Hydroxide
Costa, Francis Reny
Heinrich, Gert
Radusch, Hans-Joachim
Kaskel, Stefan
Technische Universität Dresden
2007-11-19
2007-02-12
2007-11-09
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
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oai:qucosa:de:qucosa:25503
2021-03-27T11:53:51Z
qucosa:tud
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:620
ddc:621.3
ddc:660
ddc:670
openaire
Untersuchung des Stabilitätsverhaltens von binären kolloidalen Suspensionen
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-65050
338908927
ger
Gegenstand dieser Arbeit war das Stabilitätsverhalten von binären kolloidalen Suspensionen mit hohen Feststoffkonzentrationen (z. B. keramische Suspensionen). Dabei wurde die Stabilität mit Hilfe des Sedimentationsverhaltens bewertet und mit dem Grenzflächenzustand korreliert, der als effektives Zetapotenzial erfasst wurde. Die Untersuchungen erfolgten an drei Oxiden mit unterschiedlichen physiko-chemischen Eigenschaften, wobei die Suspensionszusammensetzung und der pH-Wert über weite Bereiche variiert wurden. Ein wesentliches Ergebnis dieser Arbeit besteht im Nachweis, dass die Löslichkeit der einzelnen partikulären Komponenten in den binären Suspensionen zu einer gegenseitigen Beeinflussung der Grenzflächeneigenschaften führt und dadurch das Stabilitätsverhalten des gesamten Systems maßgeblich bestimmt. Von Relevanz ist zudem das Mischungsverhältnis, von dem zum einen das Löse- und Adsorptionsverhalten und zum anderen die Morphologie von Heteroaggregaten abhängt und das auf diese Weise auch für das makroskopische Verhalten entscheidend ist. Die Arbeit zeigt deutlich, dass das Reich der Kolloide neben universellen Mechanismen von stoffspezifischen Phänomenen beherrscht wird. Daraus folgt, dass eine allumfassende Behandlung der Stabilität nicht möglich ist. Vielmehr kann nur an Beispielen demonstriert werden, welche Art von Phänomenen auftreten und wie sie genutzt oder vermieden werden können.:Vorwort i
Inhaltsverzeichnis iii
Nomenklatur vii
1 Einleitung 1
1.1 Motivation 2
1.2 Zielstellung 3
1.3 Vorgehen 3
2 Grundlagen kolloidaler Suspensionen 4
2.1 Charakteristik kolloidaler Systeme 4
2.2 Grenzflächen in Suspensionen 5
2.2.1 Elektrochemische Doppelschicht 5
2.2.2 Wechselwirkung zwischen Ionen und Grenzflächen 9
2.2.3 Veränderung der Grenzflächen durch das Lösen der Partikel 12
2.3 Wechselwirkungen zwischen kolloidalen Partikeln 14
2.3.1 Doppelschichtwechselwirkung 14
2.3.2 Van-der-Waals-Wechselwirkung 16
2.3.3 Bornsche Abstoßung 17
2.3.4 DLVO-Theorie 18
2.3.5 Nicht-DLVO-Effekte 19
2.4 Stabilität binärer Suspensionen 20
2.4.1 Partikelkoagulation in binären Systemen 21
2.4.2 Wechselwirkungen zwischen beschichteten Partikeln 28
2.5 Sedimentation konzentrierter Suspensionen 30
2.5.1 Sedimentationstypen 30
2.5.2 Sedimentation und Stabilität 33
2.6 Stand des Wissens 34
3 Eigenschaften der ausgewählten Oxide 35
3.1 Amorphes SiO2 35
3.1.1 Oberfläche von amorphen SiO2 36
3.1.2 Verhalten vom SiO2 in Wasser 36
3.1.3 Lösen von SiO2 37
3.2 -Al2O3 39
3.3 TiO2 42
4 Experimentelle Untersuchungen 43
4.1 Versuchsübersicht 43
4.2 Verwendete Partikelsysteme 44
4.2.1 Allgemeine Eigenschaften der verwendeten Partikelsysteme 44
4.2.2 Strukturelle Partikeleigenschaften 45
4.3 Verwendete Geräte 47
4.3.1 Elektroakustisches Spektrometer DT 1200 47
4.3.2 Analytische Photozentrifuge – LUMiFuge 116 49
4.4 Zubereitung und Handhabung der Suspensionen 51
4.4.1 Ansatz und Vorbehandlung der Suspensionsproben 52
4.4.2 Durchführung der Messungen 52
4.5 Bestimmung des effektiven Zetapotenzials 53
4.5.1 Auswertung für fraktale Partikel 53
4.5.2 Auswertung für binäre Systeme 55
4.6 Bestimmung der Probenstabilität 55
4.6.1 Durchführung der Sedimentationsanalysen 56
4.6.2 Deutung der Transmissionsprofile 56
4.6.3 Phänomenologische Bewertung der Transmissionsprofile 57
4.6.4 Quantitative Analyse der Transmissionsprofile 62
4.7 Bestimmung des gelösten SiO2 68
4.8 Bewertung der experimentellen Methodik 70
5 Ergebnisse 72
5.1 Wässrige Suspensionen einer partikulären Komponente 72
5.1.1 Einfluss von Art und Konzentration des Hintergrundelektrolyten auf den Zetapotenzial-pH-Verlauf am Beispiel von SiO2 72
5.1.2 Vergleich der Oxide bei standardmäßiger Probenvorbereitung 76
5.1.3 Bewertung der Ergebnisse für die Einstoffsuspensionen 87
5.2 Wässrige Suspensionen zweier unterschiedlicher partikulärer Komponenten 88
5.3 Binäre Suspensionen aus TiO2 und Al2O3 89
5.3.1 Zetapotenzialverläufe der TiO2/Al2O3-Suspensionen 89
5.3.2 Sedimentationsverhalten der TiO2/Al2O3-Suspensionen 91
5.3.3 Stabilität der Suspensionen aus TiO2 und Al2O3 98
5.4 Binäre Suspensionen aus TiO2 und SiO2 99
5.4.1 Zetapotenzialverläufe der TiO2/SiO2-Suspensionen 99
5.4.2 Sedimentationsverhalten der TiO2/SiO2-Suspensionen 100
5.4.3 Lösen und Ausfällung des SiO2 109
5.4.4 Einfluss des gelösten SiO2 auf die Grenzflächen der TiO2/SiO2-Suspensionen 118
5.4.5 Einfluss des gelösten SiO2 auf die Stabilität der TiO2/SiO2-Suspensionen 122
5.4.6 Stabilität der Suspensionen aus TiO2 und SiO2 128
5.5 Binäre Suspensionen aus Al2O3 und SiO2 129
5.5.1 Zetapotenzialverläufe der Al2O3/SiO2-Suspensionen 129
5.5.2 Sedimentationsverhalten der Al2O3/SiO2-Suspensionen 130
5.5.3 Einfluss der Löslichkeit von Al2O3 und SiO2 auf die Eigenschaften der binären Suspensionen 139
5.5.4 Stabilität der Suspensionen aus Al2O3 und SiO2 149
6 Zusammenfassung und Diskussion 150
6.1 Zusammenfassung der Ergebnisse 152
6.2 Diskussion und Ausblick 154
6.3 Fazit 157
7 Literaturverzeichnis 159
8 Abbildungsverzeichnis 180
9 Tabellenverzeichnis 188
Anhang A Hamaker-Funktion 191
Anhang B Berechnung der Stabilitätsverhältnisse 195
Anhang C Experimentelle Versuche 198
Anhang D Reproduzierbarkeit der Stabilitätsversuche 200
Anhang E Laborgeräte, Analysentechnik und Chemikalien 204
Anhang F Bestimmung von gelöstem SiO2 206
info:eu-repo/classification/ddc/541
ddc:541
info:eu-repo/classification/ddc/620
ddc:620
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
info:eu-repo/classification/ddc/670
ddc:670
Verfahrenstechnik; Suspension; Kolloide; Koagulation; Sedimentationsanalyse
Kolloidale Suspensionen, Stabilität, Löslichkeit, Heterokoagulation, Zetapotenzial, Sedimentation
Colloidal suspensions, Stability, Solubility, Heterocoagulation, Zeta potential, Sedimentation
Paciejewska, Karina Maria
Lange, Rüdiger
Babick, Frank
Stamm, Manfred
Lerche, Dietmar
Technische Universität Dresden
2011-02-21
2010-09-30
2010-12-20
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
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2021-03-27T11:52:42Z
qucosa:tud
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
openaire
O/W Emulsion Stabilised with Clay Particles and Anionic Surfactant as an Oily Sludge Model: Preparation, Characterization and Destabilization with Natural and Synthetic Polyelectrolytes
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-66404
344482979
eng
Oily wastewater produced from petroleum and petrochemical refining processes is one of the gravest environmental threats. Oil waste ending up in sewers and dumps each year is equal to 25 times the amount of crude oil spilled in the Exxon Valdez accident (1989). Oil/Water separation covers a broad spectrum of industrial process operations. There are many techniques employed depending on each situation. The byproduct of water recovery from oily wastewater is a sludge rich in oil, surfactants and particles (oily sludge). The oily sludge still contains significant amounts of waters, which need to be recovered prior to its disposal. The use of polyelectrolytes for the flocculation of the emulsified oil and its separation from the aqueous phase is usually one of the steps of the wastewater as well as oily sludge treatment process.
The efficiency of polyelectrolytes as floculants is quite often evaluated via trial and error and the appropriate polymer is selected according to the case. Even in scientific investigations it is rather common to use industrial oily sludge samples. The industrial oily sludge is characterized and treated by polyelectrolytes. Nevertheless industrial oily sludge is quite complicated and variable to be approximated by a model. For the systematic study of polyelectrolytes efficiency a stable, realistic and well-defined oily sludge model is necessary.
In the present work an oily sludge model was successfully developed and characterized. The model consists on water, oil (kerosene), surfactant (sodium dodecyl sulphate, SDS) and clay particles (Blauton). The emulsifying efficiency of the surfactant and the clay were studied independently. The interactions between the surfactant and the clay including adsorption of the former on the later and cation exchange reactions were investigated. The four components were finally combined to form a series of emulsions varying the relative amounts of the emulsifiers for the highest stability to be encountered. Having concluded on the composition of the oily sludge model the efficiency of various polyelectrolytes was evaluated. Commercial natural (chitosans), synthetic (PolyDADMACs) polyelectrolytes and oilbreaks as well as lab-scale semi-synthetic polymers (modified chitosans) were tested. The flocculation efficiency was determined based on the amount and quality of water that was recovered as well as on the floc stability, size and sedimentation speed. The recovered water was characterized according to the environmental protection agency (EPA). The analysis included measurements on: total organic carbon (TOC), chemical oxygen demand (COD), biochemical oxygen demand (BOD5), total suspended solids (TSS) and pH.
Selection of the appropriate flocculant also depends on the type of flocs formed in combination to the treatment following the flocculation. When filtration or centrifugation is used as a post-flocculation process the appropriate polymers are those that form large and porous flocs, as the case of the modified chitosans AG95 and AG97. Clarification devices on the other hand require dense flocs as these produced by the use of PolyDADMACs, commercial chitosans, oilbreaks and modified chitosans GA35, GA41 and AG79. Regarding the water quality, some of the polymers used that have low values of COD, TOC and BOD5, may not need the secondary treatment (biological) prior to discharge, such as P187K (PolyDADMAC) and GA41 (modified chitosan). The others require a biological treatment for the regulation limits to be reached. The pH values of modified chitosans (except of AG97), lab-scale PolyDADMACs and an oilbreak (OCAA) are all in range of the regulation limits.
The applicability of biopolymers as flocculants for oil sludge dewatering is a relatively new field of investigation. As a consequence of the growing demand for environmentally friendly technologies as well as renewable resources the interest on natural flocculants has increased. The aminopolysaccharide chitosan and its modified derivatives have outstanding properties such as biocompability, biodegradability, hydrophilicity, adsorption, flocculating ability and antibacterial properties. These natural polymers derived from the sea-food industry waste products would be very useful as residue oil adsorbents in any oily wastewater and can be among the most promising candidates as a replacement of the synthetic flocculants.
Ölhaltiges Abwasser, das bei Erdöl- und petrolchemischen Raffinierungsprozessen entsteht, ist eine der größten Umweltgefahren. Dieses Altöl landet jedes Jahr in der Kanalisation und in Deponien. Es handelt sich dabei um die 25-fache Menge an Rohöl, die beim Unfall der Exxon Valdez (1989) ausgeflossen ist. Die Öl/Wasser-Trennung überspannt ein breites Spektrum industrieller Prozesse. Es gibt viele Techniken, die abhängig von jeder Situation eingesetzt werden. Das Nebenprodukt bei der Abtrennung von Wasser aus ölhaltigen Abwässern ist ein Schlamm (Ölschlamm), der reich an Öl, Tensiden und Partikeln ist. Der Ölschlamm enthält noch bedeutende Mengen an Wasser, die vor ihrer Entsorgung verwertet werden müssen. Die Verwendung von Polyelektrolyten zur Ausflockung des emulgierten Öls und seine Trennung von der wässrigen Phase ist in der Regel einer der Schritte zur Behandlung von Abwässern sowie ölhaltigen Schlämmen.
Die Effizienz von Polyelektrolyten als Flockungsmittel wird ganz häufig über Versuch und Fehler bewertet, und das passende Polymer wird entsprechend dem jeweiligen Fall ausgewählt. Sogar in wissenschaftlichen Untersuchungen ist es eher üblich, industrielle Ölschlamm-Proben zu verwenden. Der industrielle Ölschlamm wird charakterisiert und mit Polyelektrolyten behandelt. Dennoch ist der industrielle Ölschlamm ziemlich kompliziert und variabel und muss durch ein Modell angenähert werden. Für die systematische Untersuchung der Effizienz von Polyelektrolyten als Flockungsmittel ist ein stabiles, realistisches und klar definiertes Ölschlamm-Modell notwendig.
In der vorliegenden Arbeit wurde ein Ölschlamm-Modell erfolgreich entwickelt und charakterisiert. Das Modell besteht aus Wasser, Öl (Kerosin), Tensid (Natriumdodecylsulfat, SDS) und Tonteilchen (Blauton). Die Emulgiereffizienz des Tensids und des Tons wurden unabhängig voneinander untersucht.
Die Wechselwirkungen zwischen dem Tensid und dem Ton, die sowohl die Adsorption des Ersteren auf dem Letzteren einschließen als auch einen Kationenaustausch, wurden untersucht. Die vier Komponenten des Ölschlamm-Modells wurden schließlich kombiniert und es wurde eine Reihe von Emulsionen hergestellt, bei denen die relativen Mengen der Emulsionsmittel verändert wurden, um eine möglichst hohe Stabilität zu erreichen. Nachdem ein geeignetes Ölschlamm-Modell zur Verfügung stand, wurde die Effizienz der verschiedenen Polyelektrolyte als Flockungsmittel bewertet. Kommerzielle natürliche (Chitosane), synthetische (PolyDADMACs) Polyelektrolyte und Oilbreaks sowie Labor-semi-synthetische Polymere (modifizierte Chitosane) wurden getestet. Die Flockungseffizienz wurde sowohl basierend auf der Menge und Qualität des Wassers, das zurückgewonnen wurde, als auch bezogen auf die Flockenstabilität, die Flockengröße und die Sedimentationsgeschwindigkeit bestimmt. Das zurückgewonnene Wasser wurde entsprechend der Vorschriften der Behörde für Umweltschutz (EPA) charakterisiert. Die Analysen enthielten die Bestimmung des gesamten organischen Kohlenstoffs (TOC), des chemischen Sauerstoffbedarf (CSB), des biochemischen Sauerstoffbedarfs (BSB5), des Gesamtgehalts an suspendierten Partikeln (TSS) und die Bestimmung des pH.
Die Auswahl geeigneter Flockungsmittel hängt auch von der Art der gebildeten Flocken, in Kombination mit der Behandlung, die den Flockungsprozess folgt, ab. Wenn als Postflockungsprozess Filtration oder Zentrifugation folgen, sollten Polymere verwendet werden, die große und poröse Flöckchen bilden, wie im Fall der modifizierten Chitosane AG95 und AG97. Andererseits verlangen Geräte zur Klärung von Abwässern dichte Flocken, wie solche, die beim Einsatz von PolyDADMACs, kommerziellen Chitosanen, Oilbreaks und den modifizierten Chitosanen GA35, GA41 und AG79 entstehen.
In Bezug auf die Wasserqualität erhält man mit einigen der verwendeten Polymere so niedrige Werte von CSB, TOC und BSB5, dass wie im Falle von P187K (PolyDADMAC) und GA41 (modifiziertes Chitosan) keine biologische Sekundärbehandlung notwendig ist. Im Falle der anderen Polymere ist eine biologische Behandlung nötig, um die vorgeschriebenen Grenzen zu erreichen. Die pH-Werte der modifizierten Chitosane (außer der AG97), der im Labor hergestellten PolyDADMACs und des Oilbreak OCAA sind alle in Bereich der vorgeschriebenen Grenzen.
Die Anwendbarkeit von Biopolymeren als Flockungsmittel für die Ölschlammentwässerung ist ein relativ neuer Forschungsbereich. Als Folge der wachsenden Nachfrage nach umweltfreundlichen Technologien sowie erneuerbarer Ressourcen hat das Interesse an natürlichen Flockungsmitteln zugenommen. Das Aminopolysaccharidchitosan und dessen modifizierte Produkte haben hervorragende Eigenschaften wie Biokompatibilität, Biodegradierbarkeit, Hydrophilie, Adsorption, die Fähigkeit zur Flockung und antibakterielle Eigenschaften. Diese natürlichen Polymere, die aus Meeresfrüchte-Industrieabfallprodukten gewonnen werden, sollten als Restöl-Adsorbentien bei der Aufarbeitung jedes ölhaltigen Abwassers sehr nützlich sein und können zu den vielversprechendsten Kandidaten als Ersatz der synthetischen Flockungsmittel werden.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Ölschlamm, SDS, Ton-Partikel, Emulsion, Polyelektrolyte, Chitosan
Oily Sludge, SDS, Clay particle, Emulsion, Polyelectrolyte, Chitosan
Rojas Reyna, Rosana del Coromoto
Heinrich, Gert
Arndt, Karl-Friedrich
Technische Universität Dresden
2011-03-22
2010-10-06
2011-03-08
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
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2021-03-27T12:00:10Z
qucosa:tud
doc-type:doctoralThesis
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open_access
ddc:660
openaire
Herstellung und Charakterisierung von Nanokristall-Lichtemitterdioden
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-78977
358847397
ger
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Aufbau von Nanokristall-LEDs. Dazu werden der Synthese, der Abscheidung und dem Aufbau und der Charakterisierung von Nanopartikeln und LEDs Platz eingeräumt. CdTe-Nanopartikel werden über eine wässrige Synthese, die auf elektrochemisch erzeugten Tellurwasserstoff beruhte, hergestellt. Der Vorteil besteht im geringen Aufwand und der guten Reproduzierbarkeit. Es konnte festgestellt werden, dass sich ein hoher Überschuss an Cadmiumionen in der Lösung positiv auf die Wachstumsgeschwindigkeit der Nanopartikel auswirkt.
Statt des anfänglich benutzten Layer-by-Layer-Tauchverfahrens wurde ein Layer-by-Layer-Sprühverfahren entwickelt, das die schnelle Herstellung homogener Filme, bestehend aus alternierenden Schichten einer Matrix und der Nanopartikel, ermöglichte. Nachteilig ist der hohe Verbrauch an Nanopartikeln gegenüber dem Tauchverfahren. Dem Tauchverfahren lastet der Umstand an, die kolloidalen Lösungen durch häufiges Eintauchen des Substrats zu verunreinigen. Dies wird beim Sprühverfahren vermieden, da alles nicht adsorbierte Material nach unten abfließt.
Es wurde gezeigt, dass sich Polyelektrolyte durch anorganische Gele ersetzen lassen, die über einen Sol-Gel-Prozess darstellbar sind, wobei es möglich wurde „All inorganic“-LEDs aufzubauen mit dem Vorteil der hohen Temperaturstabilität. Wobei sich die Reinheit der dargestellten Aluminiumoxid-Sole stark auf das Bestreben Aluminiumoxid-Kristalle zu bilden, auswirkt, die die Funktionsfähigkeit der LED behindern können. Die Verwendung einer isolierenden Matrix wie Poly-(diallyldimethylammoniumchlorid) oder Aluminiumoxid als Zwischenschicht zum Aufbau von mehrlagigen Nanopartikelschichten stellte sich als unproblematisch heraus, da sich Ladungsträger über einen „hopping“-Mechanismus zwischen den Halbleiternanopartikeln bewegen können. Größere Probleme bereitete die Verwendung von Nanopartikeln größerer Bandlücken wie ZnSe (2,7eV) als Elektrolumineszenz-Emitter. Es konnte nur eine weissbläuliche Emission beobachtet werden. Mit Nanopartikeln kleiner Bandlücke wie CdTe (1,6eV) wurde eine schmalbandige rote Emission festgestellt. Vorteilhaft erwies sich die Verwendung von Kern-Schale-Teilchen wie CdSe/CdS. Mit einer Matrix aus Aluminiumoxid-Gel konnte eine LED mit sehr niedriger Onset-Spannung (2,3V) hergestellt werden, die eine Lebensdauer von 33,5h besaß und noch bei einer Temperatur von 150°C emittierte.
Ein weiterer Weg Nanopartikel zu stabilisieren, stellt der Einbau in makrokristalline Einkristalle durch Mischkristallbildung in Wasser oder organischen Lösungsmitteln dar. Die erhaltenen Kristalle zeichnen sich durch hohe photochemische und thermische Stabilität aus. Sie zeigen die Emissionseigenschaften der Nanopartikel, die nach Auflösung der Matrix wieder kolloidal in Lösung gehen. Allerdings liegen die Nanopartikel in der Kristallmatrix nicht regulär verteilt vor. Die Mischkristalle wurden erfolgreich als Luminophor in einer Gasentladungslampe und als Konversionsschicht einer kommerziellen LED getestet, die die Emission der Nanopartikel aufwies.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
LED, Nanopartikel, Halbleiternanokristall, Elektrolumineszenz
LED, quantum dots, semiconductor nanoparticle, electroluminescence
Otto, Tobias
Eychmüller, Alexander
Kaskel, Stefan
Technische Universität Dresden
2011-12-29
2010-12-17
2011-06-09
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
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doc-type:Text
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2021-03-27T11:59:07Z
qucosa:tud
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:500
ddc:660
openaire
Analyse einer mit PbS-Nanopartikeln sensibilisierten Injektionssolarzelle mittels elektrochemischer und frequenzmodulierter Verfahren
Characterisation of a PbS Nanoparticle sensitized Injection Solar Cell by means of Electrochemical and Frequency-modulated Methods
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-85503
369439937
eng
In the latter half of the 20th century the first active environmentalist movements such as Greenpeace and the International Energy Agency were born and initiated a gradual rethinking of environmental awareness. Against all expectations the sole agency under international law for climate protection policy, called the United Nations Framework Convention on Climate Change, was formed 20 years later. Today the awareness of sustained, regenerative and environmental policies permeates throughout all areas of life, science and industry. But energy provision is the most decisive topic, especially since the discussions concerning the phase out of nuclear power where the voices calling for alternative energy sources have become much more vociferous. In addition the depletion of fossil fuels is expected to occur in the not too distant future. All new energy generation methods are required to meet the present and future energy demands, need to be ecological and need to exhibit the same or significantly lower cost expenditure than current energy sources. Unfortunately mankind is confronted with the problem that current commercial alternative energies are more expensive and not yet remotely as efficient as the present energy sources. Although energy provision based on water, wind, sun and geothermal sources have a huge potential because of their continuous presence, unfortunately, they are plagued by inefficient energy conversion caused by the state of technology i.e. the conversion of sun light into electricity loses energy through heat emission, reflection of the sun light, the inability of the material to absorb the entire sun spectrum and the ohmic losses in the transmission of electric current.
The sun power is the most exhaustless resource and moreover through photovoltaic action, one of the most direct and cleanest source for use in energy conversion. Presently incoming sun light is not transformed in its entirely, as much degradation occurs during photon absorption and electron transfer processes. A number of other innovative possibilities have also been researched. With respect to cost and efficiency one of the most promising devices is injection solar cells (ISC). By dint of the dye sensitised solar cell (DSSC) Grätzels findings provided the foundations for much research into this type of solar cell where the light absorbing molecule employed in is a dye.[1] The current is obtained through charge separation in the dye, which is initiated through the connection between the dye and a metal oxide on the one hand and a matched redox couple on the other. In a variant of the DSSC the charge separation processes can also occur between a nanoporous metal oxide and nanoparticles giving rise to a quantum dot sensitised solar cell (QDSSC).[2] The use of nanoparticle (NP) properties can be utilized for the harvesting of solar energy, as demonstrated by Kamat and coworkers[3] who were able to exploit these findings subsequently and prepare a number of nanoparticle based solar cells.
Nanoparticle research has comprised a wide field of science and nanotechnology for a number of years. As the size of a material approaches dimensions on the nm scale the surface properties contribute proportionally more to the sum of the properties than the volume due to the increase in the surface to volume ratio. These dimensions also constitute a threshold in which quantum physical effects need to be taken into account. Hence the properties of devices or materials in this size regime are inevitably size dependent. The basic principles can be described by two different theories, one of which is based on molecular orbital theory in which the particle is treated as a molecule. For this reason n atomic orbitals with the same symmetry and energy can build up n molecular orbitals through their linear combination based on the LCAO method (Linear Combination of Atomic Orbitals).[4] In the case of solids the orbitals build up energy bands, where the unoccupied states form the quasi continous conduction band (CB) and the occuppied states form the quasi continous valence band (VB). The energy \"forbidden\" area in between these two bands is called the band gap. The band gap is a fixed material property for bulk solids but depends on size in the case of the nanoparticles. In contrast to the LCAO method, simplified solid state theory will be used throughout the present work, the theoretical background of which is provided by the effective mass approximation.[5] When an absorption of a photon occurs, an exciton (electron-hole pair) can be generated. By promoting an electron (e-) from the valence band into the conduction band a hole (h+) may be said to remain in the valence band. By comparison to bulk solids, in a small particle the free charges can sense the potential barrier i.e. the edges of the nanoparticle. Analogous to the particle in a box model this potential barrier interaction results in an increase in the band gap as the particle size decreases.
In a solar cell NPs with a particle size which possess a band gap energy in the near infrared (NIR) may be utilised and therefore the NPs will be able to absorb in this spectral region. However NPs also have the ability to absorb higher energy photons due to the continuum present in their band structure, so that almost the entire sun spectral range from the NIR up to UV wavelengths may be absorbed just by using the appropriate NP material and size. Suitable NPs are metal chalcogenides e.g. MX (where M = cadmium, zinc or lead and X = sulfur, selenium or tellurium) because of their bandgap size[6–10] and their relative band positions compared to those of the semiconductor oxide states. Both
the TiO2/CdSe[11–14] and TiO2/CdTe[15–18] systems have already been successfully fabricated and many of the anomalies reported.[3] Much interest in the lead chalcogenides has been generated by reports that they may feature the possibility to exhibit multiple exciton generation (MEG) where the absorption of one high energy photon can result in more than one electron-hole pairs.[19–25] Currently electrochemical impedance spectroscopy (EIS) is being used more and more to clarify processes at polarisable surfaces and materials such as nanoparticles. Likewise this method has been rediscovered in photovoltaic research and its use in the characterisation of DSSCs has been discussed in the literature.[26–31] In a number of publications the evaluation of nanoporous and porous structures has been quite extensively explored.[28,29,32–34] Since the mid-20th century Jaffé’s[35] theoretical work concerning the steady- state ac response of solid and liquid systems lead to the formation of the basics of EIS. Further developments in the measurement technology have lead to a broader range of analysis becoming possible.
Nevertheless the most challenging part still remains the interpretation of the results and especially to merge the measured data with the theoretical model. EIS quantifies the changes in a small ac current response at electrode electrolyte interfaces i.e. the rate at which the polarized domain will respond, when an ac potential is applied. In this way dielectric properties of materials or composites, such as charge transfers, polarization effects, charge recombination and limitations
can be measured as a function of frequency and mechanistic information
may be unveiled. Hence EIS allows one to draw a conclusion concerning chemical reactions, surface properties as well as interactions between the electrodes and the electrolyte.
Other very useful tools that may be employed for quantifying electron transfer processes and their time domains are intensity modulated photocurrent spectroscopy (IMPS) and intensity modulated photovoltage spectroscopy (IMVS). IMPS permits the generation of time-resolved plots of particular photo-processes in the system, each of which may be specifically addressed through varying the excitation wavelength. For the IMPS technique a sinusoidal wave with a small amplitude is applied, analogous to that of electrochemical impedance spectroscopy, but in this case the modulation is applied to a light source and not to the electrochemical cell as in EIS.[35] The current response is associated with the photogenerated charge carriers which flow through the system and finally discharge into the circuit. The amount of generated and discharged charge carriers is often different due to the presence of recombination and capture processes in surface or trap states. Ultimately the phase shift and magnitude of these currents reveal the kinetics of such processes. The only processes that will be addressed will be those that occur in the same frequency domain or on the same time scale as that of the modulated frequency of the illuminated light. In the literature some explanation of the kinetics of simple systems can be found and basic theories and introductive disquisitions may be found elsewhere.[36–38] Furthermore in solar cell research a multiplicity of studies are available which give an account of IMPS measurements on TiO2 nanoporous structures. Such studies permitted proof for the electron trapping and detrapping mechanism in TiO2 surface states.[39,40] An analysis of TiO2 electrodes combined with a dye sensitization step was established in the work of Peter and Ponomarev.[41–43] Hickey et.al.[44,45] have previously published kinetic studies on CdS nanoparticle (NP) modified electrodes. A theory was presented which allows for the IMPS data to be the interpreted in the case of CdS NP based electrodes. The back transfer, recombination and surface states have been demonstrated to be important as was determined from their inclusion in the theory. Similar attempts to explain the kinetics of CdS quantum dots are described by Bakkers et.al.[46].
In the present work the most important questions concern the behaviour of the photovoltaic assembly. Such assemblies can be equated with an electrode in contact with an electrolyte. Preliminary remarks about such electrodes as components of an electrochemical cell will be introduced in the first part of chapter 2. Thereafter the properties of electrodes in contact with the electrolyte and under illuminated conditions are illustrated. This is followed by a description of the important electrochemical and opto-electrochemical methods which have been employed in these studies. In particular, two separate subsections are dedicated to the methods of EIS and IMPS and the experimental section which are then linked to the theoretical section. The synthesis of all substances used and the preparation of the solar cell substrates are also dealt with in this section as will the equipment used and the instrument settings employed. The optical response of the working photoactive electrode is not only dependent on the substances used but also on their arrangement and linkage. The substrate which was employed in chapter 3 consists of a nanoporous ZnO gel layer upon which an organic linker has been placed in order to connect the oxide layer with the light absorbing component, the PbS NPs. Chapter 3 deals with the linker dependence on the ZnO layer and reports the typical optical characteristics and assembly arrangements of six different linkers on the ZnO layer which is an important intermediate stage in the fabrication of an ISC. The questions concerning how the type of linking affects the photo response and other electrochemical interactions of the complete solar cell substrate will be outlined in chapter 4. Further an examination of the electrochemical and opto-electrochemical behaviours of the samples will be presented similar to that presented in chapter 3. The most interesting substrate resulting from the investigations as described in chapter 3 and 4 will be used for a more in-depth characterisation by EIS in chapter 5. A suitable model and the results of the calculation of the ISC and the intermediate stages will be presented. The potential dependence, the dependence on the illuminated wavelength and also the size dependence of the PbS nanoparticles will be discussed. It will be revealed that ZnO is chemically unstable in contact with some of the linkers. For that reason the same linker study has been repeated with the more stable TiO2 employed as the wide band metal oxide. Comparisons between the different semiconductor metal oxides are made in chapter 6. In addition a number of open questions which previously had remained unanswered due to the instability of the
ZnO can now be answered. In chapter 7 another highly porous structure different from that of the ZnO gel structure has been studied to determine its suitability as an ISC substrate. The structure arises from the electrodeposition of a ZnO reactant in the presence of eosin Y dye molecules. In the end the desorption of the dye provides a substrate with a high degree of porosity. Compared to the ZnO gel which was prepared and used for measurements in chapter 3 and 4, the
electrodeposited ZnO is of a higher crystallinity and possesses a more preferential orientation. This results in a lower amount of grain boundaries which in turn results in fewer trap processes and subsequently yields a higher effective diffusion of the electron through the layer.[47,48] Optical and (opto-)electrochemical methods have been used for the basic characterisation of the untreated ZnO/Eosin Y and all other materials used in the fabrication of the ISC and a comparison with the ZnO gel used in chapter 3 and 4 will be made. Finally in chapter 8 an alternative metal oxide structure will be discussed. The background to this last chapter is to examine the influence of the ISC where the oxidic layer is present as a highly periodic arrangement, known as a photonic crystal. The TiO2 metal oxide which was also used in chapter 6 has been structured to form an inverse opal. First preparative findings and the first illustration of the (opto-)electrochemical results are presented. Consequently suggestions for improvements will be made.
It is envisaged that the information gathered and presented here will help to achieve a deeper understanding of solar cells and help to improve the device efficiency and the interplay of the materials. Elementary understanding paves the way for further developments which can also contribute to providing devices for more efficient energy conversion.:Contents
List of Abbreviations vii
Legend of Symbols ix
1 Introduction and Motivation 1
2 Theoretical and Experimental Introduction 7
2.1 Basics of the (Opto-)Electrochemistry . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1.1 Electrode-Electrolyte Interface Non-Illuminated . . . . . . 8
2.1.2 Electrode-Electrolyte Interface Under Illumination . . . . . 10
2.1.3 The Processes in the Injection Solar Cell (ISC) . . . . . . . 12
2.1.4 Cyclic Voltammetry (CV) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1.5 Chronoamperometry (CA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.1.6 Incident Photon to Current Conversion Efficiency (IPCE) . 16
2.1.7 Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) . . . . . . 17
2.1.8 Intensity Modulated Photocurrent Spectroscopy (IMPS) . 21
2.2 Experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2.1 Synthesis of ZnO Sol-Gel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2.2 Synthesis of TiO2 Sol-Gel . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2.3 Preparation of the ZnO/Eosin Y Substrate . . . . . . . . . 24
2.2.4 Syntheses and Preparation of the Inverse Opal . . . . . . . 25
2.2.5 The Syntheses for PbS Nanoparticle . . . . . . . . . . . . . 26
2.2.6 Preparation of the PbS Coated Substrates . . . . . . . . . 30
2.2.7 Preparation of the ISC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.2.8 Material Characterisations and Instrument Settings . . . . 33
3 The Linker Attachment on a ITO/ZnO Substrate 37
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.2 The ITO/ZnO Film . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.2.1 The ZnO Layer and the ITO/ZnO Substrate Preparation . 40
3.2.2 The ZnO Structure as a Function of the Sintering Temperature
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.3 The Linker on the ITO/ZnO Film . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.3.1 The Linker Orientation on the ZnO layer . . . . . . . . . . 48
3.3.2 The Linker Interaction with the ZnO Gel . . . . . . . . . . 52
3.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4 The PbS Sensitized ITO/ZnO/linker Substrate 59
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.2 The ITO/ZnO/Linker/PbS Substrate . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.2.1 Spectroscopic Evidence for PbS on the ITO/ZnO/Linker
Substrate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.2.2 The Cyclic Voltammetry Study on the Substrates . . . . . 63
4.2.3 The Opto-Electrochemistry on the Substrates . . . . . . . 70
4.3 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
5 The EIS Study of the ITO/ZnO/MPA/PbS Substrate 75
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
5.2 The Substrate Assembly . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5.3 The Substrate Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5.4 The Model for the EIS Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
5.5 The Results of EIS Data Fitting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
5.5.1 The EIS Results of the FTO/ZnO Substrate . . . . . . . . 86
5.5.2 The EIS Results of the FTO/ZnO/MPA Substrate . . . . 89
5.5.3 The EIS Results of the FTO/ZnO/MPA/PbS Substrate . . 92
5.5.4 The EIS Results for Shorter Illumination Wavelength . . . 96
5.5.5 The Resistance of the Linker . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
5.6 General Remarks on the Modelling . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
5.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
6 TiO2 based Injection solar Cell 119
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
6.2 The ITO/TiO2 Film . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
6.3 The Linker and PbS Attachment on the ITO/TiO2 Substrate . . . 123
6.4 The Cyclic Voltammetry Study on the Substrates . . . . . . . . . 125
6.4.1 The Linker Sensitized ITO/TiO2 Film . . . . . . . . . . . 125
6.4.2 The ITO/TiO2/Linker/PbS Substrate . . . . . . . . . . . 126
6.5 The Opto-Electrochemistry on the Substrates . . . . . . . . . . . 127
6.6 Comparison Between ZnO and TiO2 Based ISCs . . . . . . . . . . 129
6.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
7 ZnO-Eosin Y based Injection Solar Cell 135
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
7.2 The FTO/ZnO-Ey Film . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
7.3 The PbS Attachment to the FTO/ZnO-Ey Film . . . . . . . . . . 137
7.4 The Cyclic Voltammetry Study on the Substrates . . . . . . . . . 140
7.5 The Opto-Electrochemistry on the Substrates . . . . . . . . . . . 142
7.5.1 The Linear Sweep Voltammetry (LSV) Study on the Substrates
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
7.5.2 The IPCE Measurements on the Substrates . . . . . . . . 144
7.5.3 The Photo Transient Measurements on the Substrates . . . 145
7.6 Comparison between ZnO and ZnO-Ey based ISC . . . . . . . . . 146
7.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
8 Injection Solar Cell meets Photonic Crystal 151
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
8.2 The Opal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
8.3 The Inverse Opal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
8.4 The Inverse Opal based ISC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
8.4.1 The Substrate Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . 159
8.4.2 The Cyclic Voltammetry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
8.4.3 The Opto-Electrochemistry . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
8.4.4 The EIS Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
8.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
9 Overall Conclusion 167
10 Outlook 173
Bibliography I
A Acknowledgement XXV
B Erklärung XXVII
info:eu-repo/classification/ddc/500
ddc:500
info:eu-repo/classification/ddc/541
ddc:541
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Farbstoffsolarzelle
Injektionssolarzelle, Grätzel Zelle, Impedanz Spektroskopie, Elektrochemie, Optoelektrochemie, PbS-Nanopartikel, nanoporöses Metalloxid
Injection Solar Cell, Grätzel Cell, Electrochemistry, Impedance Spectroscopy, Optoelectrochemistry, PbS Nanoparticle, nanoporous Metall Oxide
Krüger, Susanne
Eychmüller, Alexander
Wark, Michael
Technische Universität Dresden
2012-03-29
2011-09-23
2012-01-17
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doc-type:doctoralThesis
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doc-type:Text
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2021-03-27T12:41:34Z
qucosa:tud
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:380
ddc:660
openaire
Ein risikobasiertes Verfahren zur Sicherheitsbeurteilung von Bahnübergängen
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-178984
482141190
ger
Ausgehend von der Feststellung, dass in Deutschland bislang kein quantitatives Verfahren zur Beurteilung der Sicherheit von Bahnübergängen existiert, wurde in der vorliegenden Arbeit ein Vorschlag für ein solches Verfahren entwickelt. Das zugrunde liegende Risikomodell ermöglicht es, aus den Parametern eines einzelnen Bahnübergangs die individuellen Risiken unterschiedlicher Gruppen von Straßenverkehrsteilnehmern sowie das kollektive Risiko des Bahnübergangs abzuschätzen. Zur Bewertung dieser Risiken wurden Vorschläge für Akzeptanzkriterien hergeleitet. Ein weiterer Teil der Untersuchung beschäftigte sich mit der Ermittlung und Bewertung risikoreduzierender Maßnahmen. Das Verfahren entstand auf Basis umfangreicher Literaturstudien, qualifizierter Schätzungen und ergänzender empirischer Untersuchungen.
Der Neuigkeitswert des Modells – auch vor dem Hintergrund der aus dem Ausland bekannten Ansätze – besteht in der differenzierten Betrachtung nicht nur des einzelnen Bahnübergangs, sondern auch der einzelnen Verkehrsarten und insbesondere der einzelnen zum Bahnübergang hin- und vom Bahnübergang wegführenden Verkehrsströme. Dadurch wird der Erkenntnis Rechnung getragen, dass sich die spezifischen Eigenschaften der Straßenverkehrsteilnehmer sowie der von ihnen genutzten Zu- und Abflusswege auf die Sicherheit auswirken können.
Aus den erzielten Erkenntnissen wurden Empfehlungen zur Weiterentwicklung der Regelwerke abgeleitet. Hierzu gehört die Forderung nach einer stärkeren Risikoorientierung der Gestaltungsregeln, die insbesondere die aufgezeigten Einflussfaktoren berücksichtigen müssen.:Abbildungsverzeichnis 6
Tabellenverzeichnis 8
Formelzeichenverzeichnis 9
1 Einleitung 11
1.1 Ausgangssituation 11
1.2 Zielstellung 13
1.3 Abgrenzung 13
1.4 Vorgehen 14
2 Forschungsstand 16
2.1 Risikomodelle 16
2.1.1 Deutschland 16
2.1.2 Europäisches Ausland 21
2.1.3 Nordamerika 26
2.1.4 Asien und Australien 29
2.1.5 Schlussfolgerungen 32
2.2 Verhaltensmodelle 35
2.2.1 Anlagen 35
2.2.2 Abläufe 36
2.2.3 Fehler 38
2.2.4 Schlussfolgerungen 41
2.3 Risikoschwerpunkte 42
2.3.1 Verkehrsarten 43
2.3.2 Unfallsituationen 44
2.3.3 Unfallursachen 45
2.3.4 Schlussfolgerungen 47
3 Systemdefinition 49
3.1 Bahnübergangsanlagen 49
3.2 Straßenverkehrsteilnehmer 52
4 Risikoanalyse 55
4.1 Grundlagen 55
4.2 Entscheidungsbereich 60
4.2.1 Aussetzung 60
4.2.2 Gefährdung 72
4.2.3 Unabwendbarkeit 96
4.2.4 Schadensausmaß 103
4.3 Räumungsbereich 113
4.3.1 Aussetzung 113
4.3.2 Gefährdung 114
4.3.3 Unabwendbarkeit 116
4.3.4 Schadensausmaß 118
4.4 Zusammenfassung 119
5 Risikobewertung 120
5.1 Grundlagen 120
5.2 Methoden 120
5.3 Anwendung 123
5.3.1 Individuelles Risiko 123
5.3.2 Kollektives Risiko 124
5.4 Zusammenfassung 125
6 Risikobeherrschung 127
6.1 Grundlagen 127
6.2 Entscheidungsbereich 128
6.2.1 Aussetzung 128
6.2.2 Gefährdung 129
6.2.3 Unabwendbarkeit 134
6.2.4 Schadensausmaß 134
6.3 Räumungsbereich 135
6.3.1 Aussetzung 135
6.3.2 Gefährdung 135
6.3.3 Unabwendbarkeit 136
6.3.4 Schadensausmaß 136
6.4 Zusammenfassung 137
7 Gesamtverfahren 138
7.1 Ablauf 138
7.2 Plausibilitätsprüfung 139
7.3 Sensitivitätsanalyse 143
7.3.1 Ausgangsszenarien 143
7.3.2 Schienenfahrzeuglänge 144
7.3.3 Schienenfahrzeuggeschwindigkeit 145
7.3.4 Schienenverkehrsstärke 146
7.3.5 Vorsperrzeit 147
7.3.6. Straßenverkehrsstärke 148
7.3.7 Kreuzungswinkel 150
7.3.8 Straßengeschwindigkeiten 151
7.3.9 Sicherungsart 152
7.3.10 Gefährdungsfaktoren 153
7.3.11 Sichtverhältnisse I 154
7.3.12 Sichtverhältnisse II 155
7.3.13 Räumungsprobleme 156
7.3.14 Schlussfolgerungen 157
7.4 Anwendungsbeispiele 158
7.4.1 Beispiel 1 158
7.4.2 Beispiel 2 162
7.4.3 Beispiel 3 165
8 Empfehlungen 170
8.1 Überblick 170
8.2 EBO 171
8.3 DB-Richtlinie 815 173
8.4 BÜV-NE 174
8.5 StVO 175
8.6 VwV-StVO 176
9 Zusammenfassung und Ausblick 177
9.1 Zusammenfassung 177
9.2 Ausblick 180
Quellenverzeichnis
184 Glossar 199
Anhang 203
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
info:eu-repo/classification/ddc/380
ddc:380
Bahnübergang; Sicherheit; Risikoanalyse
Bahnübergang, Sicherheit, Risikoanalyse
level crossing, safety, risk analysis
Schöne, Eric J.
Trinckauf, Jochen
Maier, Reinhold
Technische Universität Dresden
2015-09-30
2012-11-12
2013-06-10
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
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2021-03-27T12:55:16Z
qucosa:tud
doc-type:article
doc-type:Text
open_access
ddc:660
openaire
Phototrophic growth of Arthrospira platensis in a respiration activity monitoring system for shake flasks (RAMOS)
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-216432
eng
10.1002/elsc.201300156
Optimising illumination is essential for optimising the growth of phototrophic cells and their production of desired metabolites and/or biomass. This requires appropriate modulation of light and other key inputs and continuous online monitoring of their metabolic activities. Powerful non-invasive systems for cultivating heterotrophic organisms include shake flasks in online monitoring units, but they are rarely used for phototrophs because they lack the appropriate illumination design and necessary illuminatory power.
This study presents the design and characterisation of a photosynthetic shake flask unit, illuminated from below by warm white light-emitting diodes with variable light intensities up to 2300 μmol m-2 s-1. The photosynthetic unit was successfully used, in combination with online monitoring of oxygen production, to cultivate Arthrospira platensis.
In phototrophic growth under continuous light and a 16 h light/8 h dark cycle (light intensity: 180 μmol m-2 s-1), the oxygen transfer rate and biomass-related oxygen production were - 1.5 mmol L-1 h-1 and 0.18 mmol O2 gx-1 h-1, respectively. The maximum specific growth rate was 0.058 h-1, during the exponential growth phase, after which the biomass concentration reached 0.75 g L-1.
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Arthrospira platensis, Cyanobakterien, Sauerstofftransferrate (OTR), Photobiotechnologie, LED
Arthrospira platensis, cyanobacteria, oxygen transfer rate (OTR), photobiotechnology, light-emitting diode (LED)
Socher, Maria Lisa
Lenk, Felix
Geipel, Katja
Schott, Carolin
Püschel, Joachim
Haas, Christiane
Grasse, Christiane
Bley, Thomas
Steingroewer, Juliane
WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA
2017-02-27
2014
Engineering in Life Sciences (2014), 14(6), S. 658-666. ISSN: 1618-2863. DOI: 10.1002/elsc.201300156.
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2021-01-22T09:01:55Z
qucosa:tud
doc-type:article
doc-type:Text
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ddc:660
openaire
Highly-Efficient Guiding of Motile Microtubules on Non-Topographical Motor Patterns
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-230244
ger
10.1021/acs.nanolett.7b02606
1530-6992
10.1021/acs.nanolett.7b02606
Molecular motors, highly-efficient biological nano-machines, hold the potential to be employed for a wide range of nanotechnological applications. Towards this end, kinesin, dynein or myosin motor proteins are commonly surface-immobilized within engineered environments in order to transport cargo attached to cytoskeletal filaments. Being able to flexibly control the direction of filament motion – in particular on planar, non-topographical surfaces – has, however, remained challenging. Here, we demonstrate the applicability of a UV-laser-based ablation technique to programmably generate highly-localized patterns of functional kinesin-1 motors with different shapes and sizes on PLL-g-PEG-coated polystyrene surfaces. Straight and curved motor tracks with widths of less than 500 nm could be generated in a highly-reproducible manner and proved to reliably guide gliding microtubules. Though dependent on track curvature, the characteristic travel lengths of the microtubules on the tracks significantly exceeded earlier predictions. Moreover, we experimentally verified the performance of complex kinesin-1 patterns, recently designed by evolutionary algorithms, for controlling the global directionality of microtubule motion on large-area substrates.
Mikrotubuli, Kinesin, Proteinmuster, Laserablation, nicht-topographische Führung
microtubules, kinesin, protein patterns, laser ablation, non-topographical guiding
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Reuther, Cordula
Mittasch, Matthäus
Naganathan, Sundar R.
Grill, Stephan
Diez, Stefan
ACS Publ.
2018-09-07
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doc-type:article
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doc-type:Text
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2021-01-22T09:02:04Z
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doc-type:article
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ddc:660
openaire
Chitosan Coating on Silica-Modified Polymethyl Methacrylate for Dental Applications
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-231732
eng
10.3390/coatings7100168
Chitosan is a cationic natural polymer that is widely used as a topical dressing in wound management. Temporary coatings of removable denture bases with chitosan might be useful as supportive treatment in oral medicine. The aim of this study was to analyze the thickness, uniformity, and adhesive strength of chitosan coatings on simulated denture bases made from polymethyl methacrylate (PMMA). According to a standardized protocol, 20 PMMA cylinders (13 mm diameter, 5 mm in height) as well as 20 cubes (a = 25 mm) with intaglio U-shaped profiles were manufactured to simulate average sized alveolar ridges. Cylinders as well as cubes were divided into four test series with n = 5 each. After sandblasting with silica-modified alumina, one frontal surface of the PMMA cylinders and the intaglio surfaces of the U-shaped profiles was coated with chitosan acetate solution according to the following protocols: one layer of 2% chitosan acetate solution (test series I), one layer of 4% chitosan acetate solution (test series II), two layers of 2% chitosan acetate solution (test series III), and two layers of 4% chitosan acetate solution (test series IV). After drying and neutralization with NaOH, each cube was cut transversely and the coating thickness across the U-shaped profile assessed with a light microscope. Adhesive strength was evaluated by simulated tooth brushing and the loss of chitosan coating was evaluated qualitatively. Statistical analysis used Friedman ANOVA test for dependent samples and Kruskal-Wallis test for independent samples, post-hoc Dunn’s test (p < 0.05), and binomial test (p = 0.05). The mean chitosan coating thicknesses in the depth of the U-profiles were 71 µm (test series I), 77 µm (test series II), 121 µm (test series III), and 517 µm (test series VI). The thickness continuously decreased with rising angulation of the U-profile side walls. In test series I, the chitosan coating thickness significantly dropped above a 30° angulation of the U-profile side walls. In test series II to IV, the chitosan thickness drop was not statistically significant at angulations of 30° and 60°, but was at 90° angulation of the U-profile side walls. Adhesion strength was rated fair to good and did not differ significantly among the four test series. The coating technique described revealed chitosan layers with overall good adhesion strength but differing thicknesses. Coatings with one or two layers of 4% chitosan acetate solution allowed a relatively uniform chitosan thickness and thus might be usable in oral medicine.
Prothesenbasis, PMMA, Chitosan, Adhäsion, Beschichtung, TU Dresden, Publikationsfond
denture base, PMMA, chitosan, adhesion, coating, TU Dresden, Publishing Fund
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Więckiewicz, Mieszko
Wolf, Eric
Walczak, Katarzyna
Meissner, Heike
Boening, Klaus
Molecular Diversity Preservation International (MDPI)
2017
2018-06-04
Coatings (2017), 7(10), ISSN: 2079-6412. DOI:10.3390/coatings7100168. Artikelnr.: 168
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doc-type:Text
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2021-03-27T13:07:48Z
qucosa:tud
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ddc:540
ddc:660
openaire
Stimulus-Responsive Micro-Supercapacitors with Ultrahigh Energy Density and Reversible Electrochromic Window
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-235489
eng
10.1002/adma.201604491
info:eu-repo/classification/ddc/540
ddc:540
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Mikro-Superkondensator, stimulus-responsive, in-plane, flexibel, Viologen
micro-supercapacitor, stimulus-responsive, in-plane, flexible, viologen
Zhang, Panpan
Zhu, Feng
Wang, Faxing
Wang, Jinhui
Dong, Renhao
Zhuang, Xiaodong
Schmidt, Oliver G.
Feng, Xinliang
Wiley-VCH Verlag
2018-05-07
Advanced Materials (2017), 29(7), 1604491. ISSN 1521-4095. DOI: 10.1002/adma.201604491
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2021-03-27T13:06:13Z
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ddc:540
ddc:660
openaire
Synthetic Two-Dimensional Materials: A New Paradigm of Membranes for Ultimate Separation
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-235493
eng
10.1002/adma.201506237
Microporous membranes act as selective barriers and play an important role in industrial gas separation and water purification. The permeability of such membranes is inversely proportional to their thickness. Synthetic two-dimensional materials (2DMs), with a thickness of one to a few atoms or monomer-units are ideal candidates for developing separation membranes. In this Progress Report, we present groundbreaking advances in the design, synthesis, processing, and application of 2DMs for gas and ion separations, as well as water desalination. After the introduction in Section 1, this report describes the syntheses, structures, and mechanical properties of 2DMs in Section 2. In Section 3, we will discuss the established methods for processing 2DMs into selective permeation membranes and address the separation mechanism and their performances. Finally, current challenges and emerging research directions, which need to be addressed for developing next generation separation membranes, are summarized in the Conclusion and Perspective.
info:eu-repo/classification/ddc/540
ddc:540
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ddc:660
Funktionelle Materialien, Gastrennung, Membran, zweidimensionale Materialien, Wasserentsalzung
Functional materials, gas separation, membrane, two-dimensional materials, water desalination
Zheng, Zhikun
Grünker, Ronny
Feng, Xinliang
Wiley-VCH Verlag
2018-05-07
Advanced Materials (2016), 28(31), S. 6529-6545. ISSN 1521-4095. DOI: 10.1002/adma.201506237
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2021-03-27T13:08:22Z
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ddc:540
ddc:660
openaire
Multimetallic Hierarchical Aerogels: Shape-engineering of the Building Blocks for efficient electrocatalysis
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-236145
eng
10.1002/adma.201605254
A new class of multimetallic hierarchical aerogels composed entirely of interconnected Ni‐PdxPty nano‐building‐blocks with in situ engineered morphologies and compositions is demonstrated. The underlying mechanism of the galvanic shape‐engineering is elucidated in terms of nanowelding of intermediate nanoparticles. The hierarchical aerogels integrate two levels of porous structures, leading to improved electrocatalysis performance.
info:eu-repo/classification/ddc/540
ddc:540
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ddc:660
Aerogele, hierarchische Strukturen, Sol-Gel-Prozesse, Elektrokatalysatoren, Ethanoloxidation
aerogels, hierarchical structures, sol-gel processes, electrocatalysts, ethanol oxidation
Cai, Bin
Dianat, Arezoo
Hübner, Rene
Liu, Wei
Wen, Dan
Benad, Albrecht
Sonntag, Luisa
Gemming, Thomas
Cuniberti, Gianaurelio
Eychmüller, Alexander
Wiley-VCH Verlag
2018-07-19
Advanced Materials (2017), 29(11), 1605254. ISSN 1521-4095. DOI: 10.1002/adma.201605254
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2021-03-27T16:03:48Z
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openaire
13. Freiberger Polymertag - Abstractband: 25. und 26. April 2017, Freiberg
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-326973
1751137295
ger
Die Herstellung hochwertiger flächenhafter Werkstoffe durch Beschichten geeigneter Substrate ist eine permanente Herausforderung für die Materialentwicklung in dieser Branche. Solche Materialien einschließlich ihrer Oberflächen werden mit immer komplexeren Funktionalitäten ausgestattet, um den spezifischen Anforderungen für Anwendungen in der Medizintechnik, bei der Fahrzeugausstattung oder als technische Textilien zu entsprechen. Dabei muss sich die Kunststoffbahnenindustrie zunehmend mit den Chancen der additiven Fertigung sowie den Anforderungen der Industrie 4.0 auseinandersetzen. Der 13. Freiberger Polymertag wird neue technische Entwicklungen bei Rohstoffen und Technologien sowie grundlagenorientierte Forschungsergebnisse zur wissenschaftlichen Diskussion stellen. Unter anderem werden Polymere und Additive für funktionale Beschichtungen, die additive Fertigung mit synthetischen und natürlichen Polymeren und dünne funktionale Schichten einschließlich nanoskaliger Strukturen, vorgestellt werden. In bewährter Weise soll unsere Fachtagung wieder ein Forum bieten, um Erfahrungen und Wissen auszutauschen, neue Lösungsansätze zu diskutieren und Kontakte zu pflegen.
Materialentwicklung, Beschichten, Polymere, Fachtagung
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Freiberg; Materialmodellierung; Beschichtung; Polymere; Konferenz; |z|Geschichte 2017
Zingelmann, Christin
Forschungsinstitut für Leder und Kunststoffbahnen(FILK) gGmbH
2017
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2019-01-15
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2021-06-22T09:07:20Z
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doc-type:article
doc-type:Text
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ddc:660
openaire
Synthesis of NIR-emitting InAs-based core/shell quantum dots with the use of tripyrazolylarsane as arsenic precursor
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eng
1521-4117
1800175
10.1002/ppsc.201800175
Tris(3,5-dimethylpyrazolyl)arsane (1) is introduced as an low-cost and convenient to handle arsenic precursor for the straight forward synthesis of InAs quantum dots (QDs). Transamination of 1 with the solvent oleylamine (OLAH) gives trioleylarsane (As(OLA)3) which in the presence of the reducing agents DIBAL-H or P(OLA)3 yields InAs QDs via a typical hot injection approach. The size of the obtained InAs core QDs are tuned by varying the reaction time, the amount of the applied reducing agent, or even more effectively by changing the indium and/or zinc halide precursors, InX3 and ZnX2 (Cl, Br, or I). Passivation of the resulting InAs particles with a protective ZnS or ZnSe shell results in improved photoluminescence (PL) of the core/shell QDs covering a spectral range between 600–1150 nm.
Quantenpunkte, Abfallvermeidung, Emissionsabstimmung
InAs, [As] precursor, quantum dots, waste prevention, emission tuning
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Tietze, Remo
Panzer, Rene
Starzynski, Thorben
Guhrenz, Chris
Frenzel, Florian
Würth, Christian
Resch-Genger, Ute
Weigand, Jan J.
Eychmüller, Alexander
Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA
2018
2019-05-02
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ddc:660
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openaire
Beyond Activated Carbon: Graphite‐Cathode‐Derived Li‐Ion Pseudocapacitors with High Energy and High Power Densities
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eng
1521-4095
10.1002/adma.201807712
Supercapacitors have aroused considerable attention due to their high power capability, which enables charge storage/output in minutes or even seconds. However, to achieve a high energy density in a supercapacitor has been a long‐standing challenge. Here, graphite is reported as a high‐energy alternative to the frequently used activated carbon (AC) cathode for supercapacitor application due to its unique Faradaic pseudocapacitive anion intercalation behavior. The graphite cathode manifests both higher gravimetric and volumetric energy density (498 Wh kg−1 and 431.2 Wh l−1) than an AC cathode (234 Wh kg−1 and 83.5 Wh l−1) with peak power densities of 43.6 kW kg−1 and 37.75 kW l−1. A new type of Li‐ion pseudocapacitor (LIpC) is thus proposed and demonstrated with graphite as cathode and prelithiated graphite or Li4Ti5O12 (LTO) as anode. The resultant graphite–graphite LIpCs deliver high energy densities of 167–233 Wh kg−1 at power densities of 0.22–21.0 kW kg−1 (based on active mass in both electrodes), much higher than 20–146 Wh kg−1 of AC‐derived Li‐ion capacitors and 23–67 Wh kg−1 of state‐of‐the‐art metal oxide pseudocapacitors. Excellent rate capability and cycling stability are further demonstrated for LTO‐graphite LIpCs.
anion intercalation, graphite cathode, Li‐ion capacitors, pseudocapacitors
Anioneninterkalation, Graphitkathode, Li-Ionen-Kondensatoren, Pseudokondensatoren
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ddc:540
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ddc:660
Wang, Gang
Oswald, Steffen
Löffler, Markus
Müllen, Klaus
Feng, Xinliang
WILEY‐VCH
2019
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2019-07-17
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openaire
Zn‐Ion Hybrid Micro‐Supercapacitors with Ultrahigh Areal Energy Density and Long‐Term Durability
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eng
ger
10.1002/adma.201806005
On‐chip micro‐supercapacitors (MSCs), as promising power candidates for microdevices, typically exhibit high power density, large charge/discharge rates, and long cycling lifetimes. However, as for most reported MSCs, the unsatisfactory areal energy density (<10 µWh cm−2) still hinders their practical applications. Herein, a new‐type Zn‐ion hybrid MSC with ultrahigh areal energy density and long‐term durability is demonstrated. Benefiting from fast ion adsorption/desorption on the capacitor‐type activated‐carbon cathode and reversible Zn stripping/plating on the battery‐type electrodeposited Zn‐nanosheet anode, the fabricated Zn‐ion hybrid MSCs exhibit remarkable areal capacitance of 1297 mF cm−2 at 0.16 mA cm−2 (259.4 F g−1 at a current density of 0.05 A g−1), landmark areal energy density (115.4 µWh cm−2 at 0.16 mW cm−2), and a superb cycling stability without noticeable decay after 10 000 cycles. This work will inspire the fabrication and development of new high‐performance microenergy devices based on novel device design.
durability, energy density, hybrid micro‐supercapacitors, Zn‐ion
Haltbarkeit, Energiedichte, hybride Mikrosuperkondensatoren, Zn-Ion
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Zhang, Panpan
Li, Yang
Wang, Gang
Wang, Faxing
Yang, Sheng
Zhu, Feng
Zhuang, Xiaodong
Schmidt, Oliver G.
Feng, Xinliang
WILEY‐VCH
2018
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2019-07-17
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2021-02-09T07:57:22Z
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openaire
Polarity‐Switchable Symmetric Graphite Batteries with High Energy and High Power Densities
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-345643
eng
1521-4095
10.1002/adma.201802949
Multifunctional batteries with enhanced safety performance have received considerable attention for their applications at extreme conditions. However, few batteries can endure a mix‐up of battery polarity during charging, a common wrong operation of rechargeable batteries. Herein, a polarity‐switchable battery based on the switchable intercalation feature of graphite is demonstrated. The unique redox‐amphoteric intercalation behavior of graphite allows a reversible switching of graphite between anode and cathode, thus enabling polarity‐switchable symmetric graphite batteries. The large potential gap between anion and cation intercalation delivers a high midpoint device voltage (≈average voltage) of ≈4.5 V. Further, both the graphite anode and cathode are kinetically activated during the polarity switching. Consequently, polarity‐switchable symmetric graphite batteries exhibit a remarkable cycling stability (96% capacity retention after 500 cycles), a high power density of 8.66 kW kg−1, and a high energy density of 227 Wh kg−1 (calculated based on the total weight of active materials in both anode and cathode), which are superior to other symmetric batteries and recently reported dual‐graphite or dual‐carbon batteries. This work will inspire the development of new multifunctional energy‐storage devices based on novel materials and electrolyte systems.
dual‐graphite batteries, dual‐ion batteries, multifunctional batteries, polarity switchability
Dual-Graphit-Batterien, Dual-Ionen-Batterien, Multifunktionsbatterien, Polaritätsumschaltbarkeit
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Wang, Gang
Wang, Faxing
Zhang, Panpan
Zhang, Jian
Zhang, Tao
Müllen, Klaus
Feng, Xinliang
WILEY‐VCH
2018
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2019-07-17
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2021-03-27T17:07:10Z
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openaire
Wachstumsmechanismen und Oberflächeneigenschaften undotierter und N-dotierter Kohlenstoffnanoröhren
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1671373162
ger
Die Synthese von Kohlenstoffnanoröhren mit maßgeschneiderten Morphologien stellt bis heute eine große Herausforderung dar. In der vorliegenden Arbeit liegt der Fokus zunächst auf gerade gewachsene MWCNTs, welche insbesondere mit N-Dotierung erhalten werden können. Im Allgemeinen führt eine Dotierung mit Stickstoff zu Defekten im Kohlenstoff-Gitter und verursacht dadurch eine gekrümmte MWCNT-Morphologie. Dennoch konnten in dieser Arbeit gerade gewachsene, nadelförmige MWCNTs insbesondere unter Verwendung der N-haltigen Präkursoren Acetonitril sowie Pyrazin (30 Ma.-% in Toluol) bei einer Temperatur von 750 °C erfolgreich synthetisiert werden. Dafür eignete sich besonders eine CVD-Methode, bei welcher der Fe-Katalysatorpräkursor Ferrocen in einem separaten Ofen sublimiert wurde. Es stellte sich heraus, dass sich in einer stickstoffhaltigen Gasphase bevorzugt einkristalline Fe3C-Katalysatorpartikel bilden. Im Fall einer homogenen Katalysatormorphologie, d.h. ohne Krümmungen, scheiden sich Kohlenstoffwände an einer bestimmten Facette des Katalysatorpartikels ab. Nicht nur die Zusammensetzung und Beschaffenheit des Katalysatorpartikels bestimmen die MWCNT-Morphologie, die Konzentration an Stickstoff sowie dessen Bindungszustand sind ebenso von großer Bedeutung. Für eine gerade MWCNT-Morphologie sollte daher das Vorkommen pyridinischer sowie pyrrolischer N-Bindungen möglichst gering gehalten werden, da diese Defekte im Kohlenstoff-Gitter verursachen.
Die Art der Stickstoffbindung beeinflusst nicht nur die MWCNT-Morphologie, sondern ebenso die Oberflächenpolarität von MWCNTs. Grundsätzlich wird angenommen, dass Stickstoff die Polarität an der MWCNT-Oberfläche erhöht. Jedoch weisen in dieser Arbeit selbst MWCNTs mit bis zu 2,5 at.-% Stickstoff hydrophobe Oberflächen auf, im Vergleich zu hydrophilen MWCNTs, welche bis zu 3,7 at.-% Stickstoff enthalten. XPS-Messungen ergaben dabei nur einen signifikanten Unterschied bezüglich des Anteils an molekularen Stickstoff innerhalb beider MWCNT-Typen. Mit Hilfe von DFT-Berechnungen konnte anschließend nachgewiesen werden, dass zwischen den CNT-Wänden interkalierter molekularer Stickstoff, im Vergleich zu pyridinisch und graphitisch gebundenen Stickstoff, den größten Einfluss auf die π-Elektronendichte der Röhrenoberflächen besitzt. Die Anwesenheit des Stickstoffs verursacht dabei eine signifikante Verschiebung der π-Elektronendichte in Richtung der Stickstoffmoleküle hin. Ist die Konzentration an molekularen Stickstoff zudem so hoch, dass sich die Stickstoffmoleküle ebenso zwischen den äußeren CNT-Wänden anreichern, so können diese die Oberflächenpolarität der äußersten CNT-Wand begünstigen. Pyridinische und graphitische N-Bindungen verursachen nur eine geringfügige Verschiebung der π-Elektronendichte der CNT-Wände. Da sie sich zudem bevorzugt in den inneren CNT-Wänden befinden, beeinflussen sie die Polarität der äußersten MWCNT-Oberfläche nur unzureichend.
Aufgrund der vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten von MWCNTs in Abhängigkeit von ihrer Morphologie und Oberflächeneigenschaften, wurde zusätzlich das toxische Potential verschiedener MWCNT-Typen untersucht. Die toxikologischen Untersuchungen ergaben dabei, dass insbesondere lange und hydrophobe MWCNTs, ähnlich wie Amosit Asbest, ein hohes toxisches Potential aufweisen.
The synthesis of carbon nanotubes with tailor-made morphologies is still a challenge. First of all, this thesis is focused on the synthesis of straight MWCNTs, especially obtained with N doping. In principle, N doping causes defects in the carbon lattice, leading to a curved MWCNT morphology. Nevertheless, straight and needle-like MWCNTs were successfully synthesized especially when using N-containing precursors like acetonitrile and pyrazine (30 wt.-% in toluene) at 750 °C. Therefore, a CVD method, allowing a separate sublimation of the Fe catalyst precursor ferrocene, was suitable for the synthesis of such straight MWCNTs. It could be emphasized that single crystalline Fe3C catalyst particles were formed in the presence of nitrogen before the beginning of the MWCNT synthesis. In case of a homogeneous catalyst morphology (without curvatures), the tube walls will grow on a specific facet. Not only the composition and constitution of the catalyst particle have a strong influence on the MWCNT morphology, but also the concentration of nitrogen and it’s kind of incorporation in the carbon lattice. Meaning, the presence of pyridinic or pyrrolic nitrogen should be minimized to decrease the defects in the carbon lattice.
Furthermore, the kind of nitrogen bond has also a strong influence on the surface polarity of the MWCNTs. As a dopant, nitrogen should generally increase the polarity of the MWCNT surfaces. In contrast, even MWCNTs containing up to 2.5 at.-% N in this work exhibit hydrophobic surfaces, whereas surfaces of MWCNTs containing up to 3.7 at.-% N are very hydrophilic. The only significant difference between both MWCNT types is the amount of molecular nitrogen intercalated between the tube walls, confirmed by XPS measurements. Using DFT calculations it could be highlighted that molecular nitrogen has the strongest influence on the π-electron density of the tube walls, compared to pyridinic and graphitic nitrogen. The presence of nitrogen causes a significant shift of the π-electron density from the tube walls towards the nitrogen molecules. In case of a high concentration of molecular nitrogen, the nitrogen molecules can be intercalated more between the outer tube walls, so they are able to enhance the polarity of the outermost tube wall. The pyridinic and graphitic nitrogen are preferentially incorporated between the inner tube walls and thus cause only a slight π-electron density shift. So their influence on the polarity of the outermost tube wall is not sufficient enough.
Due to the various application possibilities of MWCNTs depending on their morphology and surface properties, the toxic potential of different MWCNT types was additionally investigated in this work. The toxicological investigations revealed that especially long MWCNTs with hydrophobic surfaces, similar to amosite asbestos, exhibit a high toxic potential.
Kohlenstoffnanoröhren, Oberflächeneigenschaften, Wachstumsmechanismen, TEM, DFT
Carbon Nanotubes, surface properties, growth mechanism, TEM, DFT
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ddc:660
Eckert, Victoria
Mertig, Michael
Büchner, Bernd
Technische Universität Dresden
2019-03-06
2019-07-22
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2019-08-12
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2021-03-27T17:13:29Z
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openaire
Study of tensile behavior for high-performance fiber materials under high-temperature loads
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eng
1746-7748
10.1177/0040517513499434
Textile high-performance filament yarn subjected to extremely high thermal loads can be found in various technical application fields. Besides the mechanical loads, textile fiber materials have to also satisfy high safety requirements in these applications with respect to thermal loads. Some of the main fields of application in the field of mechanical engineering are turbines, drive devices, rocket components and fire protection coatings. Textile grid-like structures are also being increasingly used in civil engineering as reinforcements (textile concretes). The design and development of textile structures for these applications demands studying and acquiring the material behavior under high thermal loads. Neither sufficient data nor standardized testing methods have been extensively achieved for evaluating the tensile characteristics of filament yarns under thermal influences. Hence, studying the thermal behavior of these yarns, which are used as input material for the reinforcing structures, is essential. The impact of the standard atmospheric condition on the oxidation behavior of the yarns, as in the case of carbon filament yarns and their influence on the physicochemical and tensile mechanical properties, have to be studied as well. This paper aims to address this issue and provides an insight into the current research about the development and realization of a novel test stand and the subsequent study of tensile mechanical behavior for textile high-performance fiber material under extreme thermal loads together with their physicochemical behavior.
high temperature, material properties, coatings, measurement, tensile behaviour, AR-glass, Carbon
Hochtemperatur, Materialeigenschaften, Beschichtungen, Messung, Zugverhalten, AR-Glas, Kohlenstoff
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Younes, Ayham
Sankaran, Vignaesh
Seidel, André
Cherif, Chokri
Sage
2014
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2019-09-17
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2021-03-27T17:13:30Z
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openaire
Innovative twisting mechanism based on superconducting technology in a ring-spinning system
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-353973
eng
1746-7748
10.1177/0040517513512393
Twist plays an important role to impart tensile strength in yarn during the spinning process. In the most widely used ring-spinning machine for short staple yarn production, a combination of ring and traveler is used for inserting twist and winding the yarn on cops. The main limitation of this twisting mechanism is the friction between the ring and traveler, which generates heat at higher speed and limits the productivity. This limitation can be overcome by the implementation of a magnetic bearing system based on superconducting technology, which replaces completely the existing ring/traveler system of the ring-spinning machine. This superconducting magnet bearing consists of a circular superconductor and permanent magnet ring. After cooling the superconductor below its transition temperature, the permanent magnet ring levitates and is free to rotate above the superconductor ring according to the principles of superconducting levitation and pinning. Thus the superconducting magnetic bearing (SMB) ensures a friction-free operation during spinning and allows one to increase spindle speed and productivity drastically. The yarn properties using the SMB system have also been investigated and they remain nearly identical to those of conventional ring yarns.
yarn, ring spinning, twisting, ring/traveler system, superconducting magnetic bearing, permanent magnet ring, high-temperature superconductor, pinning effect
Garn, Ringspinnen, Zwirnen, Ring/Reisesystem, supraleitendes Magnetlager, Permanentmagnetring, Hochtemperatursupraleiter, Pinning-Effekt
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Hossain, Mahmud
Abdkader, Anwar
Cherif, Chokri
Sparing, Maria
Berger, Dietmar
Fuchs, Günter
Schultz, Ludwig
Sage
2014
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2019-09-17
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openaire
Designing UV/VIS/NIR-sensitive shape memory filament yarns
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eng
1746-7748
10.1177/0040517514559578
A novel laser light-sensitive yarn based on a thermoplastic polyester–urethane (TPU) has been prepared and analyzed. Since the thermosensitive shape memory polymer yarn (SMP yarn) has been functionalized using nanoscale heat sources exhibiting light-induced heat generation, the yarn is capable of an optically triggered shape memory effect (SME). For this purpose gold nanorods (GNR) have been employed. In addition to the incorporation of GNR into the yarn, a coating of GNR on the yarn is also proposed, applied by a semi-continuous layer-by-layer (LBL) technique. The SME of the functionalized yarns can be triggered either thermally or optically and has a strain recovery of almost 100%. The light-induced SME is triggered by a low-powered laser (808 nm, 2 W for a GNR-incorporated and 1W for a GNRcoated TPU yarn). A reference yarn without GNR showed no significant effect. An adaptive structure featuring a SMPyarn backed shape memory effect has been proposed and demonstrated.
yarn, thermoplastic polyurethane, shape memory, nanoparticle, plasmon resonance, light-sensitive
Garn, thermoplastisches Polyurethan, Formgedächtnis, Nanopartikel, Plasmonenresonanz, lichtempfindlich
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ddc:660
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Tonndorf, Robert
Kirsten, Martin
Hund, Rolf-Dieter
Cherif, Chokri
Sage
2015
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2019-09-17
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2021-03-27T17:13:31Z
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openaire
Net Shape Nonwoven: a novel technique for porous three-dimensional nonwoven hybrid scaffolds
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-353985
eng
1746-7748
10.1177/0040517513515315
Textile structures made of biocompatible, osteoconductive and resorbable chitosan-filaments provide excellent preconditions as scaffolds for Bone Tissue Engineering applications. The novel Net Shape Nonwoven (NSN) technique that enables short fibers to be processed into three-dimensional net-shaped nonwoven structures with adjustable pore size distributions is described. NSN scaffolds made of pure chitosan fibers were fabricated. NSN hybrid scaffolds for improved initial cell adhesion were realized by combining the NSN technique with electrospinning and dip-coating with collagen, respectively. Scanning electron microscopy and liquid displacement porosimetry revealed an interconnecting open porous scaffold structure. The novel chitosan-hybrid scaffolds provide proper conditions for adhesion, proliferation and differentiation of the seeded human bone marrow stromal cells, proving that they are suitable for usage in hard-tissue regeneration.
fiber based scaffold, biomaterials, chitosan, tissue engineering
Faserbasiertes Gerüst, Biomaterialien, Chitosan, Gewebetechnik
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ddc:670
Hild, Martin
Brünler, Ronny
Jäger, Maria
Laourine, Ezzeding
Scheid, Laura
Haupt, Danka
Aibibu, Dilbar
Cherif, Chokri
Hanke, Thomas
Sage
2014
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2019-09-17
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2021-03-27T17:13:34Z
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openaire
Adjusting the mechanical behavior of embroidered scaffolds to lapin anterior cruciate ligaments by varying the thread materials
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-354017
eng
1746-7748
10.1177/0040517514566107
Traumatic rupture of the anterior cruciate ligament (ACL) can cause local destabilization and loss of mobility. Reconstruction using engineered ACL grafts is rarely successful due to sub-optimal material choice and mechanical performance.
Thus, the presented work demonstrates the fabrication of various embroidered single- and bi-component scaffolds made of two commercially available monofilament threads (polydioxanone, poly(lactic acid-co-ɛ- caprolactone)) as well as a novel melt spun poly(L-lactic acid) multifilament and their mechanical analysis by tensile tests and under cyclic loading. Selected scaffolds, adjusted by material composition and textile parameters, revealed a load–strain behavior comparable to native lapin ACL tissue exhibiting a sufficient amount of elastic deformation within the toe-region of 1.7%, scaffold stiffness of 123 N/mm and adequate maximum tensile load (300 N) and strain (20%). Therefore, the design of resorbable embroidered bi-component scaffolds represents a promising approach to replace artificial non-resorbable ligament grafts and allows for innovative tissue engineering strategies.
embroidery technology, mechanical properties, ACL, rabbit, structure properties, scaffold, medical textiles
Stickereitechnik, mechanische Eigenschaften, ACL, Kaninchen, Struktureigenschaften, Gerüst, medizinische Textilien
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ddc:660
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ddc:670
Hahner, Judith
Hinüber, Claudia
Breier, Annette
Siebert, Tobias
Brünig, Harald
Heinrich, Gert
Sage
2015
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2019-09-17
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openaire
Silvering of three-dimensional polyethylene terephthalate textile material by means of wet-chemical processes
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1746-7748
10.1177/0040517514553880
The aim of this research is to develop a wet-chemical silvering method for a three-dimensional (3D) textile material made of polyethylene terephthalate (PET) to prevent and eliminate biological contaminants in drinking water and other liquid-containing systems. Three-dimensional textile fabrics are particularly well-suited as silvered disinfection materials in water systems, because they have 3D structures, pressure-elastic textile design, and provide large contact areas. Furthermore, water can easily be passed through the structure. The developed wet-chemical procedures are based on aminosilane, which consists of at least two amine groups and is well-suited to form a silver diamine complex. The silvered textile material was coated with cationic silver. After the chemical reduction, the cationic silver turns into metallic silver on the surface of PET spacer fabrics.
The surface morphology of silver-coated spacer fabrics was analyzed and the uniform silver layer on the PET fiber surface was found. X-ray diffraction and energy-dispersive X-ray spectroscopy analysis spectrums showed that the silver was immobilized on the PET fiber surface. The layer thickness and the silver amount were also determined. The silvered spacer fabrics can be used in sealing and/or cooling water systems; therefore, the silver ion release in water was analyzed. Furthermore, textile physical tests for the measurement of breaking force and elongation were carried out. No significant change in breaking force and elongation was observed after silvering of PET spacer fabric.
polyethylene terephthalate, spacer fabrics, silvering, wet-chemical process, biological contaminations
Polyethylenterephthalat, Abstandsgewirke, Versilberung, nasschemisches Verfahren, biologische Verunreinigungen
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Onggar, Toty
Abu Shayed, Mohammad
Hund, Rolf-Dieter
Cherif, Chokri
Sage
2015
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2019-09-17
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Evaluation of adhesive binders for the development of yarn bonding for new stitch-free non-crimp fabrics
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eng
1746-7748
10.1177/0040517514566111
Non-crimp fabrics (NCFs), especially multi-axial warp-knitted fabrics, are used as reinforcement materials for fiberreinforced composites. The manufacturing of multi-axial warp-knitted fabrics by a conventional stitch bonding process to produce NCF has several disadvantages, such as filament damage, low production speed, yarn disorientation, etc. In order to overcome the existing limitations, the idea of using an adhesive binder to attach the fabric layers is a promising approach, so that the use of stitching yarns can be eliminated. The fundamental investigations presented in this paper show that the selection of the binder material has a major influence on the parameters of the textile products. Whereas the tested hotmelt adhesives offer a short curing time and a small but nevertheless sufficient bonding strength between bonded yarns, the tested reactive adhesives show a bonding strength up to 10 times higher, but at a considerably longer curing time. The reason for the different bonding strength is identified in the different penetration into the yarns. The experiments also show a significant influence of the fiber type and sizing, which needs to be taken into account when selecting fabric binders.
non-crimp fabric, adhesive, stitch free, fiber-reinforced composite, binder
knitterfreies Gewebe, klebend, nahtfrei, faserverstärkter Verbundstoff, Bindemittel
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ddc:660
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Al-Monsur, Md. Abdullah
Bardl, Georg
Cherif, Chokri
Sage
2015
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2019-09-18
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Mathematical modeling of the dynamic yarn path depending on spindle speed in a ring spinning process
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eng
1746-7748
10.1177/0040517515606355
This paper presents a mathematical model to predict the distribution of yarn tension and the balloon shape as a function of spindle speed in the ring spinning process. The dynamic yarn path from the delivery rollers to the winding point on the cop has been described with a non-linear differential equation system. These equations have been integrated with a Runge–Kutta method using MATLAB software. Since the numerical solution of the equations strongly depends on initial values, an algorithm of sensitivity analysis has been developed to predict the right choice of initial values in order to find a stable solution. For model validation purposes, the yarn tension has been measured between delivery rollers and yarn guide. Furthermore, a high-speed camera has been used to capture the balloon shape at different spindle angular velocities in order to compare the theoretically determined balloon shape with the one that actually occurs on the machine.
modeling of yarn path, yarn tension prediction, balloon shape prediction, ring spinning, ring-traveler system, sensitivity analysis, validation
Modellierung des Garnweges, Fadenspannungsprognose, Ballonformprognose, Ringspinnen, Ring-Fahrwerk, Empfindlichkeits-Analyse, Validierung
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Hossain, Mahmud
Telke, Christian
Abdkader, Anwar
Cherif, Chokri
Beitelschmidt, Michael
Sage
2016
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2019-09-18
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Development of three-dimensional profiled woven fabrics on narrow fabric looms
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-354190
eng
1746-7748
10.1177/0040517515606361
Three-dimensional (3D) profiled woven fabrics with varying cross-sections along the component parts are needed in a number of industrial applications. One of the main advantages of the ribbon loom weaving technique is the ability to produce highly diverse structures with open or closed edges. The realization of 3D profiled woven fabrics that satisfy the requirements is directly connected to the ability to process high-performance fibers in the weft direction. The processing of high-performance yarns in the weft direction with low fiber damage will open new application areas for shuttle weaving machines. By employing modified mechanical loom elements, the variety of producible structures can be increased significantly.
three-dimensional profiled woven fabrics, shuttle weaving technique, Jacquard technique, shuttle ribbon loom
dreidimensionale Profilgewebe, Shuttle-Webtechnik, Jacquardtechnik, Shuttle-Bandwebmaschine
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Fazeli, Monireh
Kern, Martin
Hoffmann, Gerald
Cherif, Chokri
Sage
2016
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2019-09-18
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openaire
Thermal and oxidation resistant barrier on carbon fiber with Si and Si–Ti based pre-ceramic coatings for high temperature application
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-354166
eng
1746-7748
10.1177/0040517515595025
Carbon fiber (CF) must be protected from thermal oxidation for high temperature application because of its low thermo-oxidative stability above 450°C in air. CF is now increasingly being used as a reinforcing material in the construction industry. A thermal and oxidation resistant coating is necessary for CF-reinforced concrete (CFRC) composites in order to satisfy a high level of safety standard in the case of fire. New types of pre-ceramic coatings, such as Tyranno® polymer (Si–Ti based pre-ceramic) and SiO₂ sol–gel, have been deposited on CF filament yarn by means of a wet chemical continuous dip coating method. The results of surface analyses, e.g. scanning electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and infrared spectroscopy, showed the changes in topographical properties of CF caused by the coatings. Thermogravimetric analysis proved that the high temperature (up to 800°C) oxidation stability of CF was considerably improved due to the coatings. Tensile test results indicated that the strength of CF yarn at 20°C was increased by up to 80% with the coatings. Thermo-mechanical properties were also enhanced up to 600°C. CF yarn retains its original strength and elasticity modulus, i.e. the stiffness at 700°C, with a Tyranno® polymer coating.
carbon fiber, thermal resistance, oxidation resistance, coatings, thermo-mechanical properties
Kohlefaser, thermische Beständigkeit, Oxidationsbeständigkeit, Beschichtungen, thermo-mechanische Eigenschaften
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ddc:660
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Shayed, Mohammad Abu
Hund, Heike
Hund, Rolf-Dieter
Cherif, Chokri
Sage
2016
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2019-09-18
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2021-02-04T10:59:45Z
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openaire
Adhesion problematics and curing kinetics in a thermosetting matrix for stitch-free non-crimp fabric
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-354206
eng
1746-7748
10.1177/0040517515612360
Non-crimp fabrics (NCF) have become established in the fields of the automotive, aircraft, and wind power industries, which has led to an increasing demand of fiber plastic composites. In order to utilize the known excellent load-bearing properties of NCF and also to reduce the related disadvantages such as fiber undulation caused by stitching yarn, inclusions of resin and filament breakage by the stitch-bonding process have to be addressed. Hence, an alternative manufacturing technology is presented. This technology is defined by the punctiform application of a polyester hot melt adhesive to enable different geometries of NCF and ensure the position of the high-performance fiber in the load direction. The new manufacturing process, on the one hand, demands new testing methods to investigate the adhesion between the used adhesive and highperformance fibers, while, on the other, the surface of the adherend (carbon fiber) needs to be improved. Oxyfluorination is used here for the surface modification. Different tests such as peel test, shear test and transverse tensile test were developed and evaluated with different adhesives and high-performance yarns based on glass and carbon. The influence of the used copolyester hot melt on the curing kinetics of an epoxy matrix was investigated by differential scanning calorimetry using quasi-isothermal and non-isothermal measurements. In addition, the interface between the thermoplastic epoxy resin and the copolyester hot melt was analyzed by scanning electron microscopy.
stitch-free non-crimp fabric, differential scanning calorimetry, polyester copolymer, maximum detachment force, hot melt adhesive, oxyfluorination
nahtfreies, knitterfreies Gewebe, differentielle Scan-Kalorimetrie, Polyester-Copolymer, maximale Ablösekraft, Schmelzklebstoff, Oxyfluorierung
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ddc:660
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ddc:670
Kruppke, Iris
Hund, Rolf-Dieter
Cherif, Chokri
Sage
2016
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2019-09-18
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openaire
Development of new hybrid yarn construction from recycled carbon fibers for high performance composites: Part-I: basic processing of hybrid carbon fiber/polyamide 6 yarn spinning from virgin carbon fiber staple fibers
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-354210
eng
1746-7748
10.1177/10.1177/0040517515612363
The availability of a considerable amount of waste carbon fiber (CF) and the increased pressure to recycle/reuse materials at the end of their life cycle have put the utilization of recycled CF (rCF) under the spotlight. This article reports the successful manufacturing of hybrid yarns consisting of staple CF cut from virgin CF filament yarn and polyamide 6 fibers of defined lengths (40 and 60 mm). Carding and drawing are performed to prepare slivers with improved fiber orientation and mixing for the manufacturing of hybrid yarns. The slivers are then spun into hybrid yarns on a flyer machine. The investigations reveal the influence of fiber length and mixing ratio on the quality of the card web, slivers and on the strength of the hybrid yarns. The findings based on the results of this research work will help realize value-added products from rCF on an industrial scale in the near future.
recycled carbon fiber, hybrid yarn, carding, spinning
recycelte Kohlefaser, Hybridgarn, Kardieren, Spinnen
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Hengstermann, M.
Raithel, N.
Abdkader, A.
Hasan, M. M. B.
Cherif, Ch.
Sage
2016
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2019-09-18
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openaire
Multifunctional components from carbon concrete composite C³ – integrated, textile-based sensor solutions for in situ structural monitoring of adaptive building envelopes
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-354228
eng
1746-7748
10.1177/0040517517729385
This contribution will introduce carbon-reinforced concrete components (so-called carbon concrete composites, or C³) with sensor functionalities for innovative building envelopes. For a continuous in situ structural monitoring, these textile-reinforced concrete components are equipped with textile sensor networks consisting of resistive carbon fiber sensors (CFSs), which are integrated into the carbon fiber non-crimp fabrics of the concrete reinforcement by multiaxial warp-knitting. The in situ CFSs, consisting of 1 k or 50 k carbon fiber roving with added staple fiber/multifilament dielectric cladding, are later integral to the load-distributing elements of the concrete component, and elongations within these are easy to record with good correlation to ohmic resistance changes. Gage factors of k = 0.52–1.23 at linearity deviations of ALin=4.0–8.7% are feasible. This allows a monitoring of C³ building envelopes for structural mechanical changes caused by physical changes within the component through mechanical or thermal loads or deformation and cracks.
c³ carbon concrete composite, carbon fiber, resistive fiber strain sensor, in situ sensor systems, load monitoring
c³ Kohlenstoffbetonverbund, Kohlefaser, Widerstandsfaser-Dehnungssensor, In-situ-Sensorsysteme, Lastüberwachung
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ddc:660
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ddc:670
Haentzsche, Eric
Frauendorf, Moritz
Cherif, Chokri
Nocke, Andreas
Reichardt, Michaela
Butler, Marko
Mechtcherine, Viktor
Sage
2018
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2019-11-05
info:eu-repo/grantAgreement/Federal Ministry of Economics and Energy/Industrielle Gemeinschaftsforschung/18901BR/1/
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2022-11-30T15:04:54Z
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openaire
Influence of process parameters on the tensile properties of DREF-3000 friction spun hybrid yarns consisting of waste staple carbon fiber for thermoplastic composites
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-354237
eng
1746-7748
10.1177/0040517517736472
Due to their excellent strength, rigidity, and damping properties, as well as low weight, carbon fiber reinforced composites (CFRCs) are being widely used for load bearing structures. On the other hand, with an increased demand and usage of CFRCs, effective methods to re-use waste carbon fiber (CF) materials, which are recoverable either from process scraps or from end-of-life components, are attracting increased attention. In this paper, hybrid yarns consisting of waste staple CF (40 and 60 mm) and polyamide 6 staple fibers (60 mm) are manufactured on a DREF-3000 friction spinning machine with various process parameters, such as spinning drum speed, suction air pressure, and core–sheath ratio. The relationship between different textile physical properties of the hybrid yarns, such as tensile strength, elongation, and evenness with different spinning parameters, core–sheath ratio, and input CF length is revealed.
carbon fiber, friction spinning, tensile property
Kohlefaser, Reibungsspinnen, Zugfestigkeit
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ddc:660
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ddc:670
Hasan, Mir Mohammad Badrul
Nitsche, Stefanie
Abdkader, Anwar
Cherif, Chokri
Sage
2019
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2022-05-13
info:eu-repo/grantAgreement/Deutsche Forschungsgemeinschaft/Sachbeihilfen/237692119//Spinning of hybrid yarns from short Carbon Fiber for composites/DFG CH 174/34-1
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Development of seamless woven node element structures for application in integral constructions
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-354914
eng
1746-7748
10.1177/0040517515617425
In order to advance consistent lightweight construction principles in automotive and mechanical engineering, support frame construction made from high-performance materials is becoming more commonplace. These consist of complexly structured nodular connection elements. The required connection elements have not yet been produced satisfactorily. The developed node element structures in this paper are produced on a shuttle weaving loom by flattening and weaving them as multi-surface woven fabrics. The development of the woven concept for the realization of node element structures is based on the fragmentation of the individual sub-elements. The goal of this research is development of a flexible technology for weaving fabrics and intended for the integral realization of woven nodular semi-finished products with complex geometries and connections, which are to be used to connect Fiber-reinforced Plastic components in support frame structures.
node element, shuttle weaving loom, Jacquard technique, frame structure
Knotenelement, Schiffchenwebmaschine, Jacquardtechnik, Rahmenkonstruktion
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ddc:660
info:eu-repo/classification/ddc/670
ddc:670
Fazeli, Monireh
Hübner, Matthias
Lehmann, Theo
Gebhardt, Ulrike
Hoffmann, Gerald
Cherif, Chokri
Sage
2016
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2019-09-25
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2021-03-27T17:21:47Z
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ddc:660
ddc:670
status-type:publishedVersion
openaire
Mathematical modeling, simulation and validation of the dynamic yarn path in a superconducting magnet bearing (SMB) ring spinning system
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-354924
eng
1746-7748
10.1177/0040517516641363
The new concept of a superconducting magnetic bearing (SMB) system can be implemented as a twisting element instead of the existing one in a ring spinning machine, thus overcoming one of its main frictional limitations. In the SMB, a permanent magnet (PM) ring rotates freely above the superconducting ring due to the levitation forces. The revolution of the PM ring imparts twists similarly to the traveler in the existing twisting system. In this paper, the forces acting on the dynamic yarn path resulting from this new technology are investigated and described with a mathematical model. The equation of yarn movement between the delivery rollers and the PM ring is integrated with the Runge-Kutta method using MATLAB. Thus, the developed model can estimate the yarn tension and balloon form according to different spindle speeds considering the dynamic behavior of the permanent magnet of the SMB system. To validate the model, the important relevant process parameters, such as the yarn tension, are measured at different regions of the yarn path, and the balloon forms are recorded during spinning with the SMB system using a high speed camera.
mathematical modeling, yarn tension, balloon form, ring spinning, superconducting magnetic bearing
mathematische Modellierung, Fadenspannung, Ballonform, Ringspinnen, supraleitendes Magnetlager
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
info:eu-repo/classification/ddc/670
ddc:670
Hossain, M.
Telke, C.
Sparing, M.
Abdkader, A.
Nocke, A.
Unger, R.
Fuchs, G.
Berger, A.
Cherif, C.
Beitelschmidt, M.
Schultz, L.
Sage
2017
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2019-11-05
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ddc:670
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Development of new hybrid yarn construction from recycled carbon fibers (rCF) for high performance composites: Part-II: Influence of yarn parameters on tensile properties of composites
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-355323
eng
1746-7748
10.1177/0040517516658511
This article reports the successful manufacturing of hybrid yarns from virgin staple CF (40 or 60 mm) or recycled staple CF (rCF) by mixing with polyamide 6 (PA 6) fibers of defined length. The hybrid yarns are produced using an optimized process route of carding, drawing, and flyer machine. Furthermore, the influence of CF length, CF type (i.e. virgin or rCF), CF volume content, and twist of the yarn are also investigated regarding the tensile properties of unidirectionally laid (UD) thermoplastic composites. The results show that CF length, yarn twist, and CF content of composites play a big role on the tensile properties of thermoplastic composites. From the comparison of tensile strength of UD composites produced from 40 and 60mm virgin staple CF, it can be seen that the increase of yarn twist decreases the tensile strength. However, the effect of twist on the tensile properties of UD composites manufactured from 40mm virgin staple CF is insignificant. The tensile strength of UD thermoplastic composites manufactured from the hybrid yarn with 40 and 60mm virgin staple CF and rCF is found to be 771 ± 100, 838 ± β1, and 801 ± 53.4 MPa, respectively, in the case of 87 T/m containing 50 volume% CF.
recycled carbon fiber, hybrid yarn, carding, spinning
recycelte Kohlefaser, Hybridgarn, Kardieren, Spinnen
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
info:eu-repo/classification/ddc/670
ddc:670
Hengstermann, M.
Hasan, M. M. B.
Abdkader, A.
Cherif, Ch.
Sage
2017
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2019-11-05
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Geometrical design and forming analysis of three-dimensional woven node structures
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1746-7748
10.1177/0040517516677231
Structural frames have been established in many technical applications and typically consist of interconnected profiles. The profiles are commonly joined with node elements. For lightweight structures, the use of composite node elements is expedient. Due to the anisotropic mechanical properties of the fibers, high demands are placed on the orientation of the fibers in the textile reinforcement structure. A continuous fiber course around the circumference and at the junctions is necessary for an excellent force transmission. A special binding and forming process was developed based on the weaving technology. It allows the production of near-net-shaped node elements with branches in any spatial direction, which meet the requirements of load-adjusted fiber orientation. The principles by which these three-dimensional (3D) node elements are converted into a suitable geometry for weaving as a net shape multilayer fabric are reported. The intersections of the branches are described mathematically and flattened to a plane. This is the basis for the weave pattern development. Forming simulations on the macro- and meso-scales complement the analyses. A macro-scale model based on the finite element method (FEM) is used to verify the general formability and the accuracy of the flattenings. Since yarns are pulled through the textile structure in the novel forming process, the required tensile forces and the pulling lengths of the individual yarns are analyzed with a meso-scale FEM model. The flattening for two different node structures is realized successfully, and the simulation proves formability. Furthermore, the necessary forming forces are determined. Finally, the developed method for flattening the 3D geometry is suitable for the design of a variety of spatial node structures and the simulation supports the design of automated forming processes.
spatial node structures, weaving, intersections, flattening, finite element simulation
räumliche Knotenstrukturen, Weben, Schnitte, Abflachung, Finite Elemente Simulation
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ddc:660
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ddc:670
Hübner, Matthias
Fazeli, Monireh
Gereke, Thomas
Cherif, Chokri
Sage
2018
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2019-11-05
info:eu-repo/grantAgreement/Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen, Forschungskuratorium Textil e. V./Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF)/17591 BR/
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ddc:670
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Development and testing of controlled adaptive fiber-reinforced elastomer composites
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-355341
eng
1746-7748
10.1177/0040517516679151
The integration of shape memory alloys (SMAs) into textile-reinforced composites produces a class of smart materials whose shape can be actively influenced. In this paper, Ni-Ti SMA wires are inserted during the weaving of a glass fiber reinforcement textile. This ‘‘active’’ reinforcement is then combined with an elastomeric matrix to produce a highly flexible composite sheet, which maintains high rigidity in the longitudinal direction. By activating the SMAs, high deflection ratios of up to 35% (relative to the component’s length) are achieved. To adjust the composite’s deflection to defined values, a closed-loop control is set up to adjust the current flow through the SMA wires. A control algorithm is designed and evaluated for several test cases. The high deformability and the controllable behavior show the high potential of these materials for applications such as aerodynamic flow control, automation and architecture.
shape memory alloys, smart materials, fiber-reinforced plastics, elastomer
Formgedächtnislegierungen, intelligente Materialien, faserverstärkte Kunststoffe, Elastomere
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ddc:660
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ddc:670
Cherif, Chokri
Hickmann, Rico
Nocke, Andreas
Schäfer, Matthias
Röbenack, Klaus
Wießner, Sven
Gerlach, Gerald
Sage
2018
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2019-11-05
info:eu-repo/grantAgreement/Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen, Forschungskuratorium Textil e. V./Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF)/18808 BR/
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ddc:670
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openaire
Wet-chemical method for the metallization of a para-aramid filament yarn wound on a cylindrical dyeing package
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-355301
eng
1746-7748
10.1177/0040517516651099
High-performance yarns such as aramid fibers are nowadays used to reinforce composite materials due to their advantageous physico-chemical properties and their low weight. They are also resistant to heat and fire. Para-aramid filament yarns (p-AFs) wound on a cylindrical dyeing package have been silvered successfully by means of a newly developed wetchemical filament yarn metallization process on a laboratory scale. The surface morphology of untreated and silvered p-AF was determined by means of scanning electron microscopy. The chemical structure of the surfaces (contents of carbon, oxygen, nitrogen and silver) was determined by means of energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX). The eliminated and newly formed groups of p-AF before and after silvering were detected by infrared spectroscopy (Fourier transform—attenuated total reflectance). After metallization, the silver layer thickness, the mass-related silver content and washing and rubbing fastness were assessed. Furthermore, textile-physical examinations concerning Young’s modulus, elongation at break and electrical conductivity were performed. Subsequently, the electrically conductive p-AFs were integrated in thermoset composite materials reinforced by glass fibers and para-aramid.
wet-chemical silvering, para-aramid, dyeing apparatus, electrical conductivity, composite material
Nasschemische Versilberung, Para-Aramid, Färbeapparat, elektrische Leitfähigkeit, Verbundwerkstoff
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ddc:660
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ddc:670
Onggar, Toty
Amrhein, Gosbert
Abdkader, Anwar
Hund, Rolf-Dieter
Cherif, Chokri
Sage
2017
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2019-11-05
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openaire
Development of spatially branched woven node structures on the conventional weaving loom
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-355353
eng
1746-7748
10.1177/0040517516683746
The increasing need of consistent implementation of lightweight constructions in many technical fields makes the manufacture of near net-shaped node structure to be used in textile-reinforced composites a subject of great interest. The manufacture of the node structure is required to provide a strong node point whilst maintaining the circumference of each adjoining strut. Despite a variety of available methods to produce three-dimensional nodal fabric, the required geometry for the complex nodular connection element has not yet been fully achieved. Furthermore, the available methods have limitations. The developed woven concept in this work allows for maintaining the configuration of the node structure and dimensions of the tubes, especially at the node points. As a result, all tubes positioned at node points are fully open; this is accomplished without distorting the surrounding area once the flat woven node structure is removed from the loom and erected into three-dimensional configuration. In order to produce a three-dimensional structure on a conventional weaving machine, the structure must be flattened in an appropriate way. By using a mathematical algorithm, it is possible to graph the flattened structure precisely. The developed weaving concept and relating calculation are applied to create the weaving plan of the spatial nodal structures, which can be produced on a shuttle weaving loom. The developed concept in this paper will provide repeatable manufacturing of complex node structures by using the conventional weaving loom. The struts of node structures manufactured using this method can be woven at any angle and with spatial arrangements.
spatial node structure, shuttle weaving loom, Jacquard technique, frame structure
räumliche Knotenstruktur, Schiffchenwebstuhl, Jacquardtechnik, Rahmenstruktur
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ddc:660
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ddc:670
Fazeli, Monireh
Hübner, Matthias
Lehmann, Theo
Gebhardt, Ulrike
Hoffmann, Gerald
Cherif, Chokri
Sage
2018
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2019-11-05
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2021-02-05T08:10:03Z
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ddc:670
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openaire
Development of multiaxial warp knitting technology for production of three-dimensional near net shape shell preforms
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-355312
eng
1746-7748
10.1177/0040517516651102
The possibility of direct preforming in the near net shape of final component structure with load- and shape-conforming fiber orientations is highly essential in composite production, not only to reduce costs but also to attain better mechanical properties and form stability. Based on the concept of varying the reinforcement yarn lengths during the feed-in (warp yarn delivery) and segmented doffing, synchronous working numerically controlled warp yarn delivery and doffing machine modules have been newly developed for multiaxial warp knitting machines to create a resource efficient textile process chain by a single-step, large-scale oriented production of load- and form-conforming warp knitted three-dimensional shell preforms with free-form geometrical surfaces. Such customized preforms in the near component net shape offer higher material utilization and increased lightweight potential.
three-dimensional shell preforms, warp knitted fabrics, process chain, multiaxial warp knitting technology
dreidimensionale Schalenvorformen, Kettenwirkware, Prozesskette, mehrachsige Kettenwirktechnik
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ddc:660
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ddc:670
Sankaran, Vignaesh
Rittner, Steffen
Hahn, Lars
Cherif, Chokri
Sage
2017
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2019-11-05
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2021-03-27T17:21:52Z
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ddc:670
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openaire
Factors affecting the mechanical and geometrical properties of electrostatically flocked pure chitosan fiber scaffolds
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-355369
eng
1746-7748
10.1177/0040517517715083
The field of articular cartilage tissue engineering has developed rapidly, and chitosan has become a promising material for scaffold fabrication. For this paper, wet-spun biocompatible chitosan filament yarns were converted into short flock fibers and subsequently electrostatically flocked onto a chitosan substrate, resulting in a pure, highly open, porous, and biodegradable chitosan scaffold. Analyzing the wet-spinning of chitosan revealed its advantages and disadvantages with respect to the fabrication of the fiber-based chitosan scaffolds. The scaffolds were prepared using varying processing parameters and were analyzed in regards to their geometrical and mechanical properties. It was found that the pore sizes were adjustable between 65 and 310 µm, and the compressive strength was in the range 13–57 kPa.
chitosan fiber, wet spinning, electrostatic flocking, mechanical properties, flock scaffold
Chitosanfaser, Nassspinnen, elektrostatische Beflockung, mechanische Eigenschaften, Flockgerüst
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ddc:660
info:eu-repo/classification/ddc/670
ddc:670
Tonndorf, Robert
Gossla, Elke
Kocaman, Recep Türkay
Kirsten, Martin
Hund, Rolf-Dieter
Hoffmann, Gerald
Aibibu, Dilbar
Gelinsky, Michael
Cherif, Chokri
Sage
2018
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2019-11-05
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2021-03-27T17:21:53Z
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ddc:660
ddc:670
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openaire
Analysis of yarn properties in the superconducting magnetic bearing-based ring spinning process
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-355378
eng
1746-7748
10.1177/0040517517725122
The fundamental research work about the superconducting magnetic bearing (SMB) twisting system provides huge potential to eliminate the most important limitation of productivity, that is, the friction in the ring traveler system of the existing ring spinning process. As a continuity of the research work, the functionality of the SMB spinning has been carried out with different angular spindle speeds, yarn counts, and materials in order to determine the influence of the SMB technology. The current paper presents a comparative investigation of the yarn properties, such as yarn tenacity, yarn elongation, yarn evenness, microscopic views, etc., between conventional and SMB ring spun yarn. The intensive analysis confirms that the SMB system enables one to produce satisfactory yarn quality similar to that of conventional ring spun yarn up to 15,000 rpm. The influence of conventional and SMB spinning processes on yarn properties has been further analyzed statistically using an analysis of variance.
superconducting magnetic bearing ring yarn, superconducting magnetic bearing, analysis of variance, yarn properties, yarn tenacity, yarn evenness, conventional ring yarn
supraleitendes magnetisches Lagerringgarn, supraleitendes Magnetlager, Varianzanalyse, Garneigenschaften, Garnzähigkeit, Garngleichmäßigkeit, konventionelles Ringgarn
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ddc:660
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ddc:670
Hossain, Mahmud
Abdkader, Anwar
Cherif, Chokri
Sage
2018
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2019-11-05
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doc-type:article
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2021-03-27T17:15:06Z
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openaire
Thermal properties of carboxylated nitrile rubber/nylon-12 composites-filled lignocellulose materials
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-355466
eng
1530-7980
10.1177/0892705712475017
Organic hybrid composites based on carboxylated nitrile rubber and nylon-12 reinforced with mercerized and diisocyanated lignocellulose residue (LCR) was prepared. The influence of the LCR on the viscoelastic properties of these organic hybrids was investigated by dynamic mechanical analysis and thermal analysis (differential scanning calorimetry (DSC)). It is found that either the position of the damping peak was shifted to higher values or the intensity of the damping peak was significantly increased with LCR. These results could imply that the LCR enhanced the damping properties of the composites. The thermal stability of the composites was evaluated with the mean values obtained using thermogravimetrical analysis. The decomposition rate was investigated using differential thermal gravimetry. The crystallization behavior of the prepared composites was checked by DSC.
Organic hybrid composites, dynamic mechanical behavior, damping properties, crystallization
Organische Hybrid-Verbundwerkstoffe, dynamisches mechanisches Verhalten, Dämpfungseigenschaften, Kristallisierung
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ddc:660
Mousa, A.
Heinrich, G.
Wagenknecht, U.
Sage
2014
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2019-09-30
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2021-03-27T17:15:09Z
qucosa:tud
doc-type:article
doc-type:Text
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openaire
Preparation and properties of a composite made by barium sulfate-containing polytetrafluoroethylene granular powder
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-355507
eng
1361-6412
10.1177/0954008315597051
Barium sulfate (BaSO₄)-containing polytetrafluoroethylene (PTFE) granular powder was prepared through a two-phase emulsion dispersion granulation method. Because of its large bulk density, small average particle size, narrow particle size distribution, and superior powder flowability, the granular powder is suitable for use in automatic molding machines. The effects of granulation on the tensile strength of the BaSO₄/PTFE composite were investigated, and the composite’s microstructures were characterized and analyzed using scanning electron microscopy. All these indicated that the granulation could make BaSO₄ disperse more homogeneously in PTFE and reduce many defects in molded articles. So the properties of the BaSO4/PTFE composites made by the granular powder were superior to the composite obtained from the nongranular powder. The tensile strength and elongation of the composite obtained from the granular powder could be achieved to a level of 19.4 MPa and 420%, respectively.
Polytetrafluoroethylene, BaSO₄, granulation, composite, tensile strength
Polytetrafluorethylen, BaSO₄, Granulierung, Verbundwerkstoff, Zugfestigkeit
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ddc:660
Yan, Luke
Huang, Rongrong
Xiao, Jian
Xia, Huiyun
Chao, Min
Wieβner, Sven
Sage
2016
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2019-09-30
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doc-type:article
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2021-02-04T10:54:49Z
qucosa:tud
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ddc:660
status-type:publishedVersion
openaire
Thermoplastic fiber-reinforced composites based on noncrimped and multilayered weaves
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-356375
eng
1530-7980
10.1177/0892705712473622
Manufacturing of thermoplastic composite based on textile preforms made from hybrid yarns is well suited for the production of fiber-reinforced plastic (FRP) in medium- and large-scale production runs. Especially, the consolidation of thermoplastic FRP is currently complicated by the high viscosity of molten material. Woven multilayered and z-reinforced NCF-preforms are very interesting for FRP supposed to withstand threedimensional loading and impact stress. These preforms with z-directional reinforcement improve the FRP delamination behavior and out-of-plane characteristics. The wellknown composite parameters are essential to ensure the use of these materials in a wide range of applications.
Three-dimensional reinforcement, hybrid, impact behavior, weaving
Dreidimensionale Verstärkung, Hybrid, Schlagverhalten, Weberei
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Kleicke, Roland
Mountasir, Adil
Cherif, Chokri
Hoffmann, Gerald
Franz, Christian
Sage
2014
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2019-10-09
info:eu-repo/grantAgreement/Deutsche Forschungsgemeinschaft/SFB 639/5485977//Flachgestrickte und gewebte textile spacer fabrics aus Hybridgarnen für Sandwichstrukturen/A 03
info:eu-repo/grantAgreement/Deutsche Forschungsgemeinschaft/SFB 639/5485977//Integrierte drahtlose Sensornetzwerke/D 03
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2021-03-27T17:16:12Z
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ddc:660
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openaire
Development of carbon fibre/polyamide 6,6 commingled hybrid yarn for textile-reinforced thermoplastic composites
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-356386
eng
1530-7980
10.1177/0892705715604677
With increased use of carbon fibre (CF)-based textile-reinforced thermoplastic composites, the demand of hybrid yarns consisting of carbon filament yarns (CFYs) and thermoplastic filament yarns with improved properties is also high. Hybrid yarn manufacturing using commingling process by means of compressed air shows some distinct advantages over other hybrid yarn manufacturing processes. However, the potential of commingling process for the production of CF-based thermoplastic hybrid yarns is not yet fully explored. In this article, extensive investigations have been carried out for the development of commingled hybrid yarns manufactured from CFY and polyamide 6,6 (PA 6,6) filament yarns with improved adhesion properties between CFY and matrix in composites. Hybrid yarns are manufactured by varying air pressure and keeping overfeeds and delivery speed constant. Moreover, an additional heat treatment on CFY is done online for a better opening of CFY prior to the mixing with PA 6,6 filament yarn. The tensile properties of hybrid yarns as well as different mechanical properties of unidirectional composite, such as tensile, flexural, impact and interlaminar shear strength are investigated. The results show good potential for the development of hybrid yarns produced from CFY and thermoplastic filament yarns with improved adhesion properties for their application in textile-reinforced thermoplastic composites.
Carbon fibres, textile composites, commingled hybrid yarns
Kohlenstofffasern, textile Verbundwerkstoffe, gemischte Hybridgarne
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Hasan, M. M. B.
Staiger, E.
Ashir, M.
Cherif, C.
Sage
2015
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2019-10-09
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doc-type:article
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2021-05-12T13:33:29Z
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openaire
Technische und methodische Grundlagen der THG-Bilanzierung von Bioethanol: Handreichung
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-357054
978-3-9817707-1-1
1757748946
ger
Seit dem 1. Januar 2015 ist die Bemessungsgrundlage für die Erfüllung der Biokraftstoffquote nach BImSchG (§ 37) vom Energiegehalt der Kraftstoffe auf eine Verpflichtung zur Treibhausgas (THG)-Minderung umgestellt worden. Diese Maßnahme soll einen wirksamen und quantifizierbaren Beitrag zur Verringerung der Treibhausgasemissionen des Verkehrssektors leisten. Konsequenterweise haben die Biokraftstoffe die besten Marktchancen, die als Ergebnis der Nachhaltigkeitszertifizierung gemäß der Biokraftstoff-Nachhaltigkeitsverordnung
(Biokraft-NachV) die beste THG-Bilanz ausweisen. Die Treibhausgasminderungseffizienz wird damit – in einem globalisierten Biomasserohstoff- und Biokraftstoffmarkt – neben dem Preis für die gesamte Warenkette zum wesentlichen Wettbewerbsfaktor. Ab 2015 ist daher zu erwarten, dass die Verwendung der so genannten Standardwerte aus dem Anhang der Biokraft-NachV stark abnimmt und vorwiegend individuell berechnete THG-Bilanzen im Rahmen der Zertifizierung erstellt werden.
Bioethanol, Bioethanolproduktion, Rohstoff, Zuckerlösung, Fermentation, Destillation, Rektifikation, Inputstrom, Outputstrom, Zuckerrübe, Getreide, THG-Emission, THG-Minderungspotenzial, Berechnungsformel, Berechnungsschema, Prozesskette, Rohstoffgewinnung, Landnutzungsänderung, Transport, Zuckerfabrik, Nebenerzeugnis, Allokation, Saldierung
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Meisel, Kathleen
Braune, Maria
Gröngröft, Arne
Majer, Stefan
Müller-Langer, Franziska
Naumann, Karin
Oehmichen, Katja
DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH
2015
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2021-03-12
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2021-05-12T13:56:53Z
qucosa:slub
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ddc:660
status-type:publishedVersion
openaire
Technische und methodische Grundlagen der THG-Bilanzierung von Biomethan
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-357061
978-3-9817707-2-8
1757752579
ger
Seit dem 1. Januar 2015 ist die Bemessungsgrundlage für die Erfüllung der Biokraftstoffquote nach BImSchG (§ 37) vom Energiegehalt der Kraftstoffe auf eine Verpflichtung zur Treibhausgas (THG)-Minderung umgestellt. Diese Maßnahme soll einen wirksamen und quantifizierbaren Beitrag zur Verringerung der Treibhausgasemissionen des Verkehrssektors leisten. Konsequenterweise haben die Biokraftstoffe die besten Marktchancen, die als Ergebnis der Nachhaltigkeitszertifizierung nach der Biokraftstoff-Nachhaltigkeitsverordnung
(Biokraft-NachV) die beste THG-Bilanz ausweisen. Die Treibhausgasminderungseffizienz wird damit – in einem globalisierten Biomasserohstoff- und Biokraftstoffmarkt - neben dem Preis für die gesamte Warenkette zum wesentlichen Wettbewerbsfaktor. Ab 2015 ist zu erwarten, dass die Verwendung der so genannten Standardwerte aus dem Anhang der Biokraft-NachV stark abnimmt und vorwiegend individuell berechnete THG-Bilanzen im Rahmen der Zertifizierung erstellt werden.
Biomethan, Biomethanproduktion, Biogasproduktion, Biogasaufbereitung, Biomethankonditionierung, Inputstrom, Outputstrom, Biomethaneinspeisung, THG-Emission, THG-Minderungspotenzial, Berechnungsformel, Berechnungsschema, Herausforderung, Zertifizierung, Nebenerzeugnis, Allokation, Einheit, Umrechnungsschritt, Komination, Teilstandwert, Daten, Kennzahl, Hauptverursacher, Diskussionspunkt
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Oehmichen, Katja
Naumann, Karin
Postel, Jan
Drache, Christian
Braune, Maria
Gröngröft, Arne
Majer, Stefan
Meisel, Kathleen
Müller-Langer, Franziska
DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH
2015
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2021-03-12
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openaire
Technische und methodische Grundlagen der THg-Bilanzierung von Biodiesel: Handreichung
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-357040
978-3-9817707-0-4
1757752900
ger
Seit dem 1. Januar 2015 ist die Bemessungsgrundlage für die Erfüllung der Biokraftstoffquote nach BImSchG (§ 37) vom Energiegehalt der Kraftstoffe auf eine Verpflichtung zur Treibhausgas (THG)-Minderung umgestellt worden. Diese Maßnahme soll einen wirksamen und quantifizierbaren Beitrag zur Verringerung der Treibhausgasemissionen des Verkehrssektors leisten. Konsequenterweise haben die Biokraftstoffe die besten Marktchancen, die als Ergebnis der Nachhaltigkeitszertifizierung gemäß der Biokraftstoff-Nachhaltigkeitsverordnung
(Biokraft-NachV) die beste THG-Bilanz ausweisen. Die Treibhausgasminderungseffizienz wird damit – in einem globalisierten Biomasserohstoff- und Biokraftstoffmarkt – neben dem Preis für die gesamte Warenkette zum wesentlichen Wettbewerbsfaktor. Ab 2015 ist daher zu erwarten, dass die Verwendung der Standardwerte aus dem Anhang der Biokraft-NachV stark abnimmt und vorwiegend individuell berechnete THGBilanzen im Rahmen der Zertifizierung erstellt werden.
Biodieselproduktion, Ölgewinnung, UmesterungInputstrom, Biodieselaufbereitung, Glycerinaufbereitung, Inputstrom, Outputstrom, THG-Emission, THG-Minderungspotenzial, Rapssaat
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Majer, Stefan
Gröngröft, Arne
Drache, Christian
Braune, Maria
Meisel, Kathleen
Müller-Langer, Franziska
Naumann, Karin
Oehmichen, Katja
DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH
2015
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2021-03-12
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openaire
Die wiederkehrende Emissionsprüfung nach 1. BImSchV: Für Betreiber automatisch beschickter Holzfeuerungen bis 100 kW Nennleistung
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-357071
978-3-946629-17-7
1757753923
ger
... im Rahmen der politischen Zielsetzung einer nachhaltigeren und umweltschonenderen Energieerzeugung wird auch die Biomassenutzung in Form der dezentralen Wärmeerzeugung gefördert, um die Energiewende voran zu treiben und Kohlenstoffdioxidemissionen durch die Nutzung nachwachsender Rohstoffe einzusparen. Bei den genutzten Technologien muss jedoch auch sichergestellt sein, dass deren Betrieb hinsichtlich der emittierten Luftschadstoffe unbedenklich ist und die geltenden Vorschriften erfüllt. Dazu zählt bei Feuerungsanlagen die wiederkehrende Emissionsprüfung.
Einflussparametre, Emission, Dimensionierung des Kessels, Eignung des Kessels, hydraulische Einbindung, Brennstoff, Wartungszustand, Reinigungszustand, Kesseleinstellung, optimaler Betrieb, Brennstoffquatlität, Kesselreinigung, Kesselbetriebsparameter, Handlungsbedarf, Aschekasten, Sauerstoffwert, Abgasfahne, Anzahl der Anlagenstarts, wiederkehrende Emissionsprüfung, Vorarbeit, Schornsteinfeger
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ddc:660
Krüger, Dennis
Büchner, Daniel
Ulbricht, Tobias
Glaue, Wolfgang
Seeger, Christian
DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH
2017
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2021-04-29
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openaire
Beitrag zur ganzheitlichen Sicherheitsforschung wasserstoffbasierter Technologien
urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-361893
ger
urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-357204
qucosa:35720
Mit der fortschreitenden Entwicklung wasserstoffbasierter Energiesysteme geht die Notwendigkeit einher, die neuen Technologiekonzepte hinsichtlich deren Sicherheit zu analysieren und zu bewerten.
Ziel des vorliegenden Papers ist daher zunächst die Beschreibung des aktuellen Standes zur Sicherheitsforschung für wasserstoffbasierte Energiesysteme. Die durchgeführte Literaturauswertung erfolgte mit den Schwerpunkten Analyseziele, Anwendungsbereiche und angewendete Methoden. Durch Unterschiede hinsichtlich dieser Schwerpunkte in der herangezogenen Literatur ist die Vergleichbarkeit und Verknüpfung der Ergebnisse erschwert. Zusätzlich liefern die ausgewerteten Studien gegensätzliche Schlussfolgerungen zur Bewertung der Sicherheit von wasserstoffbasierten Systemen. Eine beispielhafte Gegenüberstellung der Analyse eines Einzelsystems zu der Analyse eines Gesamtsystems verdeutlich darüber hinaus die Notwendigkeit für ganzheitliche Analysen in der Wertschöpfungskette von Wasserstoff.
Ein einheitliches Fazit zur Sicherheit wasserstoffbasierter Energiesysteme ist anhand der ausgewerteten Studien aufgrund der großen Unsicherheiten und der Widersprüchlichkeiten in den Ergebnissen der Analysen aktuell nicht möglich. Hierfür sind weiterführende Arbeiten erforderlich.
The progressive development of hydrogen-based energy systems is accompanied by the need to analyse and evaluate new technology concepts in terms of their safety.
Therefore, the aim of this paper is therefore to describe the current state of the safety research for hydrogen-based energy systems. The literature analysis was carried out with a focus on analysis goals, areas of application and applied methods. Differences with regard to these focuses in the cited literature make it difficult to compare and link the results. In addition, the evaluated studies provide contradictory conclusions for the evaluation of the safety of hydrogen-based systems. In an exemplary comparison of the analysis of an individual system with the analysis of an overall system, the need for holistic analyses in the hydrogen value chain is further illustrated.
A consistent conclusion on the safety of hydrogen-based energy systems is currently not possible on the basis of the analysed studies due to the large uncertainties and the contradictions in the results of the analyses. Consequently, further work is required.
A consistent conclusion on the safety of hydrogen-based energy systems is currently not possible on the basis of the analysed studies due to the large uncertainties and the contradictions in the results of the analyses. Consequently, further work is required.
Sicherheitsforschung, Wasserstofftechnologie, Risikobeurteilung, Wasserstoffbasierte Energiesysteme
safety research, hydrogen technology, risk assessment, risk analysis, hydrogen-based energy systems
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ddc:600
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ddc:620
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ddc:665
Wasserstoffenergietechnik; Risikoanalyse
Römer, L.
Partmann, C.
Lippmann, W.
Hurtado, A.
Technische Universität Chemnitz
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2019-11-25
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2021-03-29T11:23:34Z
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openaire
Real-time mathematical description of a fuel cell system with a passive hydrogen recirculation
urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-362442
eng
urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-357204
qucosa:35720
A passive recirculation of hydrogen using ejectors is effective and efficient only in a limited operating window, which kept ejectors until recently from being integrated into automotive fuel cell systems, where a more dynamic operation is expected. Strategies like parallel setup or a PWM-drive employed to expand the operating window demand reliable control algorithms. Such algorithms can greatly benefit from the predictive power a mathematical model. In a fuel cell system, the anode and cathode side cannot be separated, and a mathematical description should encompass all components to a reasonable degree, to allow the model to run on a low power automotive-grade platform in real time. This contribution demonstrates an approach to reduce the computation expense of the mathematical model.
echtzeitig
Fuel cell, ejector, recirculation, mathematical modeling, realtime
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ddc:660
Brennstoffzelle; Strahlpumpe; Rezirkulation; Mathematische Modellierung; Echtzeit
Kozeny, Pavel
Hrdlicka, Jiri
von Unwerth, Thomas
Technische Universität Chemnitz
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2019-11-25
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2021-03-29T11:23:37Z
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openaire
Voltage loss analysis of PEM fuel cells
urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-362479
eng
urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-357204
qucosa:35720
The assessment of performance for PEM Fuel Cells (PEMFC) at the stack, Single Repeating Unit (SRU), and Membrane Electrode Assembly (MEA) level is dominated by the evaluation of polarization curves. However, polarization curves do not provide adequate detail as to the origin of the inefficiencies of the fuel cell performance and information on these sources of origin are critical to understand and address topics such as material selection, optimal operating conditions, and overall robust and reliable cell and stack design characteristics. To the purpose of understanding the origin of the inefficiencies underlying the fuel cell polarization curve a series of additional experimental and analysis techniques must be applied and from the resultant data the origin of the inefficiencies can then be assigned to kinetic, ohmic, and mass transport loss categorizations. Further, through a combination of the diagnostic methods further resolution can be implied down to the contribution of the individual components to the relative voltage loss categories. In this topic, a methodology will be presented and discussed that achieves and demonstrates this process.
PEM-Brennstoffzelle, Spannungsverlust, Leistungsanalyse
Pem fuel cell, Voltage loss breakdown, Performance analysis, Kinetic and mass transfer overpotential
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ddc:620
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ddc:660
Photoelastischer Modulator; Brennstoffzelle
Jayasankar, B.
Pohlmann, C.
Harvey, D.B.
Technische Universität Chemnitz
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2019-11-25
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2021-03-29T11:23:41Z
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openaire
Fit-4-AMandA – Automation of PEMFC-Stack Manufacture
urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-362645
eng
urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-357204
qucosa:35720
An EU-funded project Fit-4-AMandA aims to establish a technological roadmap to scale-up from less than hundred stacks/year (manual assembly) to 50,000 stacks/year (automated assembly) in 2020 and beyond. Existing membrane-electrode assembly (MEA) and stack were redesigned/adapted for manufacturability and automation. The technology and machine system for the automated assembly of polymer-electrolyte-membrane fuel cell (PEMFC) stacks were developed, manufactured and are currently being tested. Fast in-line non-destructive quality-assurance methods for automated production of MEAs and stack assembly are being developed and implemented. For the final period of the project, a validation of the designs, hardware, tools and software for the automated production of MEAs and stack assembly as well as an integration of one of the prototype stacks manufactured by the automated processes into a light-commercial vehicle followed by a field-testing are scheduled.
Die breite Markteinführung von wasserstoffbasierten Antriebssystemen verlangt zunehmend nach einer kosteneffizienten und serientauglichen Produktion von Brennstoffzellenstacks. So sehen die Ziele der Europäischen Union vor, die Herstellung von aktuell unter 100 Stacks pro Jahr auf 50.000 Stacks pro Jahr bis zum Jahr 2020 zu erhöhen. Um dies zu erreichen, sollen im Rahmen des vom Fuel Cell and Hydrogen Joint Undertaking (FCH JU) der europäischen Union geförderten Projektes Fit-4-AMandA automatisierte Anlagen für solche Stückzahlen befähigt werden.
Der Beitrag beschreibt, wie die bereits verfügbare Membran-Elektroden-Einheit (MEA) und der Stack bezüglich Herstellbarkeit und Automatisierung konstruktiv umgestaltet und angepasst wurden. Die neu entwickelte Technologie und das Maschinensystem für die automatisierte Montage von PEM-FC-Stacks sowie Verfahren der INLINE-Qualitätssicherung und der zerstörungsfreien Prüfung werden mit ihren Implementierungsmöglichkeiten in die automatisierte Fertigungsstrecke vorgestellt.
Ein Ausblick gibt eine Übersicht über die weiteren Entwicklungsschritte wie die Validierung der Entwürfe, der Hard- und Software für die automatisierte Produktion der MEAs und Stacks. Eine vorgesehene spätere Integration der so gefertigten Stacks in ein Fahrzeug und die damit verbundenen Feldtests zur Untersuchung der Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit der Stacks werden abschließend dargestellt.
Die Förderung des Projektes erfolgt im Rahmen der Finanzhilfevereinbarung Nr. 735606 des FCH JU der EU.
Automatisierung, Membran-Elektroden-Einheit, Einzelzelle, Einzelzellencharakterisierung
Fuel cells, Mass manufacturing, Automation, PEMFC stack, MEA, Bipolar plate, Single cell, Quality control, Single-cell characterisation
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ddc:660
Brennstoffzelle; Massenfertigung; Automation; Polymer-Elektrolytmembran-Brennstoffzelle; Bipolarplatte; Qualitätskontrolle
Biak, Martin
von Unwerth, Thomas
Technische Universität Chemnitz
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2019-11-25
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2021-03-29T11:26:20Z
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openaire
Stoffliche Charakterisierung und Wandlungsverhalten von Braunkohle in stoffgeführten Veredlungsketten
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-380983
168928370X
ger
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden die ausgekoppelten Rückstände einer stoffgeführten Veredelungskette zur stofflichen Nutzung von Braunkohle charakterisiert, welche aus den Wandlungsstufen Extraktion mit Toluol, Niedertemperaturkonversion (katalytische Pyrolyse und Reaktivextraktion mit superkritischen Lösungsmitteln) und Vergasung besteht. Schwerpunktmäßig wurde die Vergasungsreaktivität der Rückstände untersucht, da sie in der letzten Prozessstufe der Vergasung zugeführt werden. Die Variabilität der Reaktivität der Ausgangsstoffe diente hierzu als Maßstab zur Bewertung der Vergasungsreaktivität der Rückstände der Prozesskette. Im Rahmen der Charakterisierung wurden charakteristische Stoffeigenschaften identifiziert, welche die Vergasungsreaktivität der betrachteten Rohstoffe primär beeinflussen. Dazu zählen die Aromatizität und die Aschezusammensetzung. Auf dieser Basis wurden die Rückstände der Prozesskette bewertet und interpretiert. Es wurden verschiedene experimentelle Methoden (zwei Thermowaagen und ein Festbettverssuchstand) verwendet und gegenseitig validiert. Daneben wurde geprüft, ob die Reaktivität einer Mischung, bestehend aus den Rückständen der Prozesskette, aus den Reaktivitäten der Einzelkomponenten vorausberechnet werden kann und drei Grenzfälle abgeleitet. Basierend auf den im Rahmen der Arbeit generierten konsistenten Datensätzen wurde ein halbempirisches Modell zur Vorausberechnung der Vergasungsreaktivität von Braunkohlen und deren Veredelungsprodukten hergeleitet. Das Modell berücksichtigt die Zusammensetzung der organischen Substanz sowie die Zusammensetzung der anorganischen Substanz einer Kohleprobe und wurde unter Einbezug weiterer Kohleproben erfolgreich validiert.
Stoffliche Charakterisierung, stoffgeführte Veredlungskette, Vergasung, Reaktivität, Braunkohle
gasification, brown coal, reactivity, characterization, valorization, process chain
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Brennstoffcharakteristik
Reaktivität
Vergasung
Braunkohle
Rückstand
Stoffeigenschaft
Chemische Analyse
Küster, Felix
Meyer, Bernd
Volkova, Olena
Technischen Universität Bergakademie Freiberg
2019-07-05
2019-12-20
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2020-02-05
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2021-01-22T09:54:37Z
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openaire
Molecular characteristics of bap-positive Staphylococcus aureus strains from dairy cow mastitis
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-390505
eng
0022-0299
1469-7629
10.1017/S0022029915000199
The biofilm-associated protein (Bap) of Staphylococcus aureus is a high molecular weight cell-wallanchored protein involved in biofilm formation, first described in bovine mastitis strains from Spain. So far, studies regarding Bap were mainly based on the Spanish strain V329 and its mutants, but no information on the genetic variability of bap-positive Staph. aureus strains is yet available in the literature. The present study investigated the molecular characteristics of 8 bap-positive Staph. aureus strains from subclinical bovine mastitis, isolated in 5 herds; somatic cell counts (SCC) of milk samples were also registered. Strains were characterised using MLST, SPA typing and microarray and the results were compared with V329. All isolates from this study and V329 were assigned to ST126, t605, but some molecular differences were observed. Only herd A and B strains harboured the genes for β-lactams resistance; the leukocidin D/E gene, a type I site-specific deoxyribonuclease subunit, 3rd locus gene and serin-protease A and B were carried by all strains, but not by V329, while serin-protease E was absent in V329 and in another isolate. Four isolates and V329 harboured the fibronectin-binding protein B gene. SCC showed the highest value in the milk sample affected by the only strain carrying all the virulence factors considered. Potential large variability of virulence was evidenced among V329 and all bap-positive Staph. aureus strains considered: the carriage of fnb could enhance the accumulation of biofilm, but the lack of lukD/E and splA, B or E might decrease the invasiveness of strain.
Staphylococcus aureus, bap-Gen, Biofilm, Milchkuh-Mastitis
Staphylococcus aureus, bap gene, biofilm, dairy cow mastitis
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ddc:630
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ddc:640
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ddc:660
Snel, Gustavo GM
Monecke, Stefan
Ehricht, Ralf
Piccinini, Renata
Cambridge University Press
2015
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2020-04-17
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2021-03-27T16:19:24Z
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ddc:333.7
ddc:660
openaire
Algae Biorefinery – Material and energy use of algae
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-137259
410270156
eng
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-149494
qucosa:4501
Algae offer as much as 30 times greater biomass productivity than terrestrial plants, and are able to fix carbon and convert it into a number of interesting products.
The numerous challenges in algae production and use extend across the entire process chain. They include the selection of suitable algal phyla, cultivation (which takes place either in open ponds or in closed systems), extraction of the biomass from the suspension, through to optimal use of the obtained biomass. The basic suitability of aquatic biomass for material use and energy supply has been demonstrated in a large number of studies. Numerous research projects are concerned with identifying the optimal processes to enable its widespread implementation. [... aus der Einleitung]
Algen, Biomasse, Energie
Algae, biomass, energy
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ddc:660
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ddc:333.7
info:eu-repo/classification/ddc/624
ddc:624
Petrick, Ingolf
Dombrowski, Lilli
Kröger, Michael
Beckert, Thomas
Kuchling, Thomas
Kureti, Sven
DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum
2013
2014-07-23
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2021-03-27T16:19:25Z
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ddc:660
openaire
Holzpelletbereitstellung für Kleinfeuerungsanlagen
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-137277
426720830
ger
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-149494
qucosa:4501
Ziel der Arbeit ist es, eine Prozesskettenanalyse der Holzpelletbereitstellung bis hin zum Einsatz der Pellets in Kleinfeuerungsanlagen zur Wärmebereitstellung unter Einbeziehung theoretischer und praktischer Untersuchungen durchzuführen (Pelletierversuche mit über 30 Brennstoffchargen). Dabei steht die Analyse und Bewertung von Einflussmöglichkeiten auf die Brennstofffestigkeit – einschließlich der Auswirkungen des additiven Bindemitteleinsatzes – bei der Produktion von Holzpellets für Kleinfeuerungsanlagen im Fokus der Untersuchungen.
Technik, Energietechnik, Energiegewinnung, Alternative Energieformen, erneuerbare Energien, Biomasse, Biogasanlagen, Pelletieren, Holzfeuerung
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Pelletieren; Holzfeuerung
Witt, Janet
DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum
2012
2014-12-11
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doc-type:workingPaper
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2021-03-27T16:19:26Z
qucosa:slub
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ddc:333.7
ddc:660
openaire
Politics and Economics of Ethanol and Biodiesel Production and Consumption in Brazil
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-137262
410270563
eng
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-149494
qucosa:4501
Biofuel production has grown considerably between 2004 and 2009. Global ethanol production more than doubled from 30 to 76 billion litres (1,609 PJ1) while global biodiesel grew eight-fold from 2 to 17 billion litres (550 PJ2) (REN21 Secretariat 2010, 13). In 2008, biofuels provided 2,109 PJ of fuel consumption, while global oil and natural gas consumption for the transport sector amounted to 93,282 PJ (International Energy Agency 2010). Mandatory blending of biofuels has been enacted in at least 41 states/provinces and 24 countries at the national level in 2009, and the EU Directive 2009/28/EC mandates the member states to ensure that at least 10% of the final consumption of energy in transport shall come from renewable sources (European Parliament 2009). Although specific framework conditions and objectives of these programmes differ from country to country, the following overall driving forces can be identified since they represent global challenges (International Transport Forum of the Organisation for Economic Co-operation and Development 2008a, 4). [... aus der Einleitung]
Ethanol, Biodiesel, Biokraftstoff, Produktion, Verbrauch, Brasilien
Ethanol, Biodiesel, biofuel, production, consumption, Brazil
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ddc:333.7
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ddc:624
Giersdorf, Jens
DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum
2013
2014-07-23
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2021-03-27T16:18:39Z
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ddc:660
openaire
Analyse und Bewertung ausgewählter zukünftiger Biokraftstoffoptionen auf der Basis fester Biomasse
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426667719
ger
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qucosa:4501
Etwa ein Drittel des Gesamtendenergieverbrauchs entfällt auf den Transportsektor, dessen Energieverbrauch zu rund 98 % über fossile Kraftstoffe (maßgeblich Mineralöl) abgedeckt wird [70], [71], [91]. Gleichzeitig ist der Transportsektor eine der Hauptursachen für den Ausstoß anthropogener Treibhausgasemissionen. Mobilität (insbesondere von Personen und Gütern) ist für die gesellschaftliche und wirtschaftliche Entwicklung unverzichtbar und nach wie vor ein überdurchschnittlich wachsender Bereich [103]. Weltweit wird sich die Anzahl der Kraftfahrzeuge von ca. 700 Mio. Personenwagen im Jahr 2000 auf etwa 1,3 Mrd. Personenwagen im Jahr 2030 nahezu verdoppeln; gleiches gilt für den damit einhergehenden Verbrauch an Endenergie [302]. Hingegen wird in Deutschland von einem um 9 % sinkenden Energieverbrauch gegenüber 2005 auf 2 EJ/a im Jahr 2030 ausgegangen; in den Mitgliedsstaaten der EU-27 hingegen wird ein Anstieg um 14 % gegenüber 2005 auf 17,7 EJ/a im Jahr 2030 erwartet [71], [72]. [... aus der Einleitung]
Biokraftstoff, Produktion, Bioalkohol, Fischer-Tropsch-Synthese, Biogastechnik, Synthesegas
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ddc:660
Müller-Langer, Franziska
DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum
2012
2015-02-23
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2021-03-27T16:18:27Z
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openaire
Katalytisch unterstützte Minderung von Emissionen aus Biomasse-Kleinfeuerungsanlagen
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ger
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Biomasse, Verbrennung, Emissionsverringerung
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Hartmann, Ingo
Lenz, Volker
Schenker, Marian
Thiel, Christian
Kraus, Markus
Matthes, Mirjam
Roland, Ulf
Bindig, René
Einicke, Wolf-Dietrich
DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum
2011
2015-03-10
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2021-03-27T16:18:59Z
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Kompakt
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426653408
ger
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Biomasse, Ressourcen, Biogas, Gärung, Abscheider, Kleinfeuerungsanlage
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ddc:660
Seyfert, Ulrike
Bunzel, Katja
Thrän, Daniela
Mauky, Eric
Fritsche, Barbara
Schreiber, André
Liebetrau, Jan
Schmidt, Thomas
Ulbricht, Tobias
Lenz, Volker
DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum
2011
2015-02-13
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doc-type:workingPaper
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2022-08-03T06:21:18Z
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openaire
DBFZ-Report
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2190-7943
359480438
686944550
ger
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Schriftenreihe, Deutsches Biomasseforschungszentrum
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ddc:660
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ddc:333.7
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ddc:624
DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum
2014-07-30
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https://slub.qucosa.de/id/qucosa%3A4501
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2021-03-29T11:31:40Z
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doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
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ddc:660
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openaire
Calcium zirconate materials for refractory applications
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-708708
1701018098
eng
10.1016/j.ceramint.2018.03.172
This thesis dealt with the new refractory material calcium zirconate. The aim of this study was to investigate the synthesis of pure phase calcium zirconate in grain sizes up to 3 mm and to produce
first refractory materials and examining their properties. For the synthesis the chosen solid state reaction of an equimolar mixture of monoclinic zirconium dioxide and calcium carbonate resulted in single phase calcium zirconate at temperature of at least 1200 °C. An increasing sintering temperature decreased the porosity. The first refractories based on single phase calcium zirconate were formed using the press process as well as slip casting. The thermomechanical properties were promising, which presents a starting point for the usage of refractories based on calcium zirconate in a wide field of possible applications. Remarkable were the residual strengths of about 5 MPa after five thermal shocks. However, corrosion tests with steel melt and gasifier ash showed the decomposition of CaZrO3 in presence of SiO2 which should be examined further for respective industrial usages.
Calcium zirconate, thermal shock, solid state synthesis, refractory
Calciumzirkonat, Feststoffsynthese, feuerfester Werkstoff, Thermoschock und Korrosion
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Calciumverbindungen
Zirkonate
Thermoschock
Feuerfester Stoff
Chemische Synthese
Jahn, Constantin
Aneziris, Christos G.
Jansen, Helge
Technische Universität Bergakademie Freiberg
2019-12-12
2020-05-07
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2020-06-18
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doc-type:doctoralThesis
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2021-03-29T11:31:47Z
qucosa:tubaf
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
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ddc:660
status-type:updatedVersion
openaire
Constitutive modeling and experimental investigations of phase transitions in silicon under contact loading
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-708866
1724471244
eng
2418092-0
Modeling the interaction of a silicon (Si) surface with a pointed asperity is a crucial step towards the understanding of several phenomena related to machining of this important semiconductor.
If subjected to pressure or contact loading, Si undergoes a series of stress-driven phase transitions accompanied by large volume changes.
We developed a finite deformation constitutive model that captures the semiconductor-to-metal (cd-Si ➙ β-Si) and metal-to-amorphous (β-Si ➙ a-Si) transitions within the framework of thermodynamics with internal variables.
The model was implemented as a user material subroutine for the finite element code Abaqus/Std. in analogy to pressure sensitive, rate independent, non-associated, non-smooth multisurface plasticity. Material parameters were identified from indentation load-displacement curves in (111)-Si using a Berkovich indenter tip.
The constitutive model was verified by successfully predicting the load-displacement curves for different indenters, the residual surface profile, as well as the size and shape of the transformation zone under the indenter tip as compared to TEM results.
silicon, phase transformation, constitutive model, FEM, indentation
Silizium, Phasenübergänge, Materialmodell, FEM, Indentation
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Silicium
Phasenumwandlung
Budnitzki, Michael
Kuna, Meinhard
Bertram, Albrecht
TU Bergakademie Freiberg
TU Bergakademie Freiberg
2014-07-01
2014-10-06
2014
info:eu-repo/semantics/updatedVersion
2020-07-13
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doc-type:doctoralThesis
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2020-12-15T10:28:27Z
qucosa:tubaf
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
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ddc:660
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openaire
Reaktive nahe- und überkritische Extraktion von Braunkohlen mit Alkanolen
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-714846
1725166739
ger
Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Wandlung von Weichbraunkohlen in nie-dermolekulare Produkte durch Reaktion mit Alkanolen, insbesondere Ethanol, unter nahe- bzw. überkritischen Bedingungen. Als potenziell verwertbare Produkte ent-stehen eine ethanollösliche Fraktion, die hohe Anteile an heteroatomfreien aroma-tischen Verbindungen sowie Phenolen enthält, bzw. eine heptanlösliche Fraktion, die große Mengen wachsähnlicher, aliphatischer Komponenten enthält.
Ein Screening von Lösungsmitteln verschiedener Stoffklassen ergab, dass neben Tetrahydronaphthalin insbesondere der Einsatz von n-Alkanolen mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen zu hohen Umsätzen des makromolekularen Anteils der Kohle in wesentlich niedermolekularere lösliche Verbindungen führt. Ethanol wird aufgrund seines vergleichsweise niedrigen Preises, der Verfügbarkeit in großen, vorwiegend aus biogenen Quellen hergestellten Mengen sowie der leichten Abtrennbarkeit vom Extrakt für die weiteren Untersuchungen ausgewählt.
Anhand systematischer Untersuchungen des Einflusses verschiedener Reaktions-parameter wie Temperatur, Verweilzeit oder Dichte des Lösungsmittels wird der Prozess hinsichtlich Kohleumsatz und Ethanolverbrauch optimiert. Es zeigt sich, dass bei günstiger Parameterwahl nahezu der gesamte makromolekulare Anteil der Kohle in lösliche Produkte überführt werden kann. Kohlezusammensetzung, Reaktionstem-peratur sowie Verweilzeit stellen die Haupteinflussgrößen auf den Prozess dar.
Ein großes Augenmerk liegt auf der Analytik der festen, flüssigen und gasförmigen Produktfraktionen mit einer großen Breite instrumenteller Techniken. Deren Ziel ist die Aufklärung der ablaufenden Reaktionen zwischen Kohle und Alkanol. Bisher war wenig darüber bekannt, welche Typen von Verbindungen bzw. funktionellen Gruppen der Braunkohle mit Ethanol reagieren und zu dessen Zersetzung beitragen. Um diese Fragestellung beantworten zu können, wird die Komplexität des Systems Kohle-Alkanol reduziert. Dies wird durch die Untersuchung von Reaktionen zwischen Ethanol und Modellkomponenten, die für Braunkohlen typische funktionelle Gruppen tragen, erreicht. Darüber hinaus erfolgt auch eine Betrachtung des Einflusses von Erdalkali- und Alkalimetallcarboxylaten bzw. -phenolaten, da derartige Bindungsformen aufgrund des hohen Anteils acider funktioneller Gruppen in Braunkohlen häufig auftreten.
Im Ergebnis ist festzuhalten, dass ein hoher Umsatz des makromolekularen Anteils der Kohle in niedermolekulare Produkte nur möglich ist, wenn auch die Zersetzung
des Alkanols schnell abläuft. Dies ist genau dann der Fall, wenn in der Reaktions-mischung ein hoher Anteil an Komponenten vorliegt, die Hydroxy-, Carboxy- oder Ethergruppen tragen. Diese Gruppen unterstützen in unterschiedlichem Ausmaß die Dehydrierung und anschließende Spaltung des Ethanols in Kohlenmonoxid und Methan bzw. die Dehydratisierung zu Ethen. Dabei treten Ionen und Radikale als reaktive Zwischenprodukte auf, welche die Fragmentierung der Kohlematrix unter-stützen. Alle relevanten Reaktionspfade werden schließlich zu einem globalen Reak-tionsschema zusammengeführt.:1 Motivation und Problemstellung
2 Stand der Wissenschaft und Technik
2.1 Eigenschaften von Weichbraunkohlen
2.1.1 Inkohlungsreihe und Klassifikation von Kohlen
2.1.2 Zusammensetzung von Braunkohlen
2.1.3 Makromolekulare Struktur der organischen Anteile von Braunkohlen
2.1.4 Einsetzbarkeit von Braunkohlen in thermochemischen Konversionsprozessen
2.2 Kohleverflüssigungsprozesse
2.2.1 Systematik
2.2.2 Pyrolyse
2.2.3 Bergius-Pier-Verfahren
2.2.4 Pott-Broche-Verfahren
2.3 Extraktion von Kohlen mit nahe- und überkritischen Lösungsmitteln
2.4 Alkanole als reaktive Lösungsmittel
2.4.1 Lösungseigenschaften
2.4.2 Reaktionen im unterkritischen Zustand
2.4.3 Reaktionen von reinen Alkanolen im nahe- und überkritischen Bereich
2.4.4 Reaktionen von Alkanolen mit Modellkomponenten im nahe- und überkritischen Bereich
2.5 Umsetzung von Kohlen, Biomassen und Kunststoffen mit n-Alkanolen
2.5.1 Umesterung von Triglyceriden
2.5.2 Depolymerisation von Kunststoffen
2.5.3 Verflüssigung von Ligninen
2.5.4 Upgrading von Bioölen
2.5.5 Extraktion von Braunkohlen
2.6 Produkte der Extraktion von Braunkohlen mit Ethanol
2.7 Reaktionsmechanismus der Extraktion von Braunkohlen mit Ethanol
3 Experimentelles Vorgehen und verwendete Analytik
3.1 Präzisierung der Aufgabenstellung und Herangehensweise
3.2 Aufbereitung der Rohkohlen
3.3 Kohleextraktion
3.3.1 Autoklavenversuche
3.3.2 Semikontinuierliche Kohleextraktion
3.4 Produktaufbereitung
3.4.1 Parametervariation
3.4.2 Ergänzende Versuche zur Parametervariation
3.4.3 Experimente mit Modellkomponenten
3.5 Analytische Methoden
3.5.1 Analyse der Gasproben
3.5.2 Analyse der Extraktfraktionen
3.5.3 Analyse fester Proben (Kohlen, Rückstände)
3.6 Bilanzierung der Versuche
3.6.1 Massenbilanz
3.6.2 Elementbilanz
3.7 Berechnung verschiedener Größen zur Prozessbewertung
3.8 Fehlerbetrachtung und Wiederholbarkeit
4 Ergebnisse und Auswertung der Untersuchungen
4.1 Charakterisierung der Einsatzstoffe
4.2 Lösungsmittel-Screening
4.3 Parametereinfluss auf Produktausbeuten
4.3.1 Untersuchte Parameter und Bereiche
4.3.2 Temperatur- und Druckverlauf im Autoklav
4.3.3 Einfluss der Reaktionstemperatur
4.3.4 Einfluss der Verweilzeit
4.3.5 Einfluss des Kohlewassergehaltes
4.3.6 Einfluss der Dichte des überkritischen Ethanols
4.3.7 Einfluss der Korngröße
4.3.8 Einfluss der Gasatmosphäre
4.3.9 Einfluss der Kohlezusammensetzung
4.3.10 Einfluss der Kohlevorbehandlung
4.3.11 Einfluss der Kettenlänge des Alkanols
4.3.12 Einfluss der Reaktionsführung
4.4 Zwischenfazit Parametereinfluss
5 Detaillierte Produktanalytik
5.1 Charakterisierung des Produktgases
5.2 Charakterisierung der Extraktfraktionen
5.2.1 Elementarzusammensetzung
5.2.2 Molekülgrößenverteilung
5.2.3 ATR-FTIR-Spektroskopie
5.2.4 13C- und 1H-NMR-Spektroskopie
5.2.5 Gaschromatographie
5.3 Charakterisierung des Rückstands
5.3.1 Elementarzusammensetzung
5.3.2 ATR-FTIR-Spektroskopie
5.3.3 Röntgenphotoelektronenspektroskopie
5.4 Zwischenfazit Produktanalytik
6 Untersuchung der Reaktionswege von Modellkomponenten
6.1 Produktgasmengen und entstehendes Wasser
6.2 Ethanollösliche Produkte
6.3 Ableitung möglicher Reaktionswege
6.3.1 Phenol und Benzoesäure
6.3.2 Diphenylether
6.3.3 Phenetol und Veratrol
6.3.4 Ethanol
6.4 Zwischenfazit Modellkomponenten
7 Diskussion der Ergebnisse
7.1 Verwertbarkeit der Produkte
7.2 Beeinflussung von Kohleumsatz und Extraktausbeute
7.3 Ethanolverbrauch
7.4 Schema der ablaufenden Reaktionen
8 Zusammenfassung und Ausblick
A Anhang
B Literaturverzeichnis
C Abkürzungsverzeichnis
D Verwendete Formelzeichen
The subject of the present work is the conversion of lignite into low-molecular products by reaction with alkanols, especially ethanol, under near- or supercritical conditions. The ethanol-soluble fraction, which contains high amounts of heteroatom-free aromatic compounds and phenols as well as the heptane-soluble fraction, which contains large amounts of wax-like, aliphatic components are both potentially usable products.
A screening of solvents of different substance classes showed that, in addition to tetrahydronaphthalene, the use of n-alkanols with at least two carbon atoms leads to high conversions of the macromolecular coal matrix into soluble compounds with much lower molecular weight. Ethanol is selected for further investigations because of its comparatively low price, its availability in large quantities, mainly from biogenic sources, and its simple separability from the extract.
The process is optimized in regard to coal conversion and ethanol consumption by means of systematic investigations of the influence of various reaction parameters such as temperature, residence time or density of the solvent. It has been shown that almost the entire macromolecular coal content can be converted into soluble products if the parameters are selected favorably. Coal composition, reaction temperature and residence time are the main factors influencing the process.
A great deal of attention is paid to the analysis of solid, liquid and gaseous product fractions using a wide range of instrumental techniques. The aim of these techniques is to clarify the reactions taking place between coal and alkanol. So far, little was known about which types of compounds or functional groups of lignite react with ethanol and contribute to its decomposition. To answer this question, the complexity of the coal-alkanol system is reduced. This has been achieved by studying reactions between ethanol and model components containing functional groups typical for lignite. In addition, the influence of alkaline earth and alkali metal carboxylates and phenolates is also considered, since such forms of bonding are common due to the high proportion of acidic functional groups in lignite.
In conclusion, it can be stated that a high conversion of the macromolecular coal content into low-molecular products is only possible if the decomposition of the alkanol takes place rapidly. This is the case when the reaction mixture contains a high pro-portion of components containing hydroxy, carboxy and ether groups. These groups support, to varying degrees, the dehydrogenation and cleavage of ethanol into carbon monoxide and methane or the dehydration to ethene. Within these reactions, ions and radicals occur as reactive intermediates which support the fragmentation of the carbon matrix. All relevant reaction pathways are finally combined to form a global reaction scheme.:1 Motivation und Problemstellung
2 Stand der Wissenschaft und Technik
2.1 Eigenschaften von Weichbraunkohlen
2.1.1 Inkohlungsreihe und Klassifikation von Kohlen
2.1.2 Zusammensetzung von Braunkohlen
2.1.3 Makromolekulare Struktur der organischen Anteile von Braunkohlen
2.1.4 Einsetzbarkeit von Braunkohlen in thermochemischen Konversionsprozessen
2.2 Kohleverflüssigungsprozesse
2.2.1 Systematik
2.2.2 Pyrolyse
2.2.3 Bergius-Pier-Verfahren
2.2.4 Pott-Broche-Verfahren
2.3 Extraktion von Kohlen mit nahe- und überkritischen Lösungsmitteln
2.4 Alkanole als reaktive Lösungsmittel
2.4.1 Lösungseigenschaften
2.4.2 Reaktionen im unterkritischen Zustand
2.4.3 Reaktionen von reinen Alkanolen im nahe- und überkritischen Bereich
2.4.4 Reaktionen von Alkanolen mit Modellkomponenten im nahe- und überkritischen Bereich
2.5 Umsetzung von Kohlen, Biomassen und Kunststoffen mit n-Alkanolen
2.5.1 Umesterung von Triglyceriden
2.5.2 Depolymerisation von Kunststoffen
2.5.3 Verflüssigung von Ligninen
2.5.4 Upgrading von Bioölen
2.5.5 Extraktion von Braunkohlen
2.6 Produkte der Extraktion von Braunkohlen mit Ethanol
2.7 Reaktionsmechanismus der Extraktion von Braunkohlen mit Ethanol
3 Experimentelles Vorgehen und verwendete Analytik
3.1 Präzisierung der Aufgabenstellung und Herangehensweise
3.2 Aufbereitung der Rohkohlen
3.3 Kohleextraktion
3.3.1 Autoklavenversuche
3.3.2 Semikontinuierliche Kohleextraktion
3.4 Produktaufbereitung
3.4.1 Parametervariation
3.4.2 Ergänzende Versuche zur Parametervariation
3.4.3 Experimente mit Modellkomponenten
3.5 Analytische Methoden
3.5.1 Analyse der Gasproben
3.5.2 Analyse der Extraktfraktionen
3.5.3 Analyse fester Proben (Kohlen, Rückstände)
3.6 Bilanzierung der Versuche
3.6.1 Massenbilanz
3.6.2 Elementbilanz
3.7 Berechnung verschiedener Größen zur Prozessbewertung
3.8 Fehlerbetrachtung und Wiederholbarkeit
4 Ergebnisse und Auswertung der Untersuchungen
4.1 Charakterisierung der Einsatzstoffe
4.2 Lösungsmittel-Screening
4.3 Parametereinfluss auf Produktausbeuten
4.3.1 Untersuchte Parameter und Bereiche
4.3.2 Temperatur- und Druckverlauf im Autoklav
4.3.3 Einfluss der Reaktionstemperatur
4.3.4 Einfluss der Verweilzeit
4.3.5 Einfluss des Kohlewassergehaltes
4.3.6 Einfluss der Dichte des überkritischen Ethanols
4.3.7 Einfluss der Korngröße
4.3.8 Einfluss der Gasatmosphäre
4.3.9 Einfluss der Kohlezusammensetzung
4.3.10 Einfluss der Kohlevorbehandlung
4.3.11 Einfluss der Kettenlänge des Alkanols
4.3.12 Einfluss der Reaktionsführung
4.4 Zwischenfazit Parametereinfluss
5 Detaillierte Produktanalytik
5.1 Charakterisierung des Produktgases
5.2 Charakterisierung der Extraktfraktionen
5.2.1 Elementarzusammensetzung
5.2.2 Molekülgrößenverteilung
5.2.3 ATR-FTIR-Spektroskopie
5.2.4 13C- und 1H-NMR-Spektroskopie
5.2.5 Gaschromatographie
5.3 Charakterisierung des Rückstands
5.3.1 Elementarzusammensetzung
5.3.2 ATR-FTIR-Spektroskopie
5.3.3 Röntgenphotoelektronenspektroskopie
5.4 Zwischenfazit Produktanalytik
6 Untersuchung der Reaktionswege von Modellkomponenten
6.1 Produktgasmengen und entstehendes Wasser
6.2 Ethanollösliche Produkte
6.3 Ableitung möglicher Reaktionswege
6.3.1 Phenol und Benzoesäure
6.3.2 Diphenylether
6.3.3 Phenetol und Veratrol
6.3.4 Ethanol
6.4 Zwischenfazit Modellkomponenten
7 Diskussion der Ergebnisse
7.1 Verwertbarkeit der Produkte
7.2 Beeinflussung von Kohleumsatz und Extraktausbeute
7.3 Ethanolverbrauch
7.4 Schema der ablaufenden Reaktionen
8 Zusammenfassung und Ausblick
A Anhang
B Literaturverzeichnis
C Abkürzungsverzeichnis
D Verwendete Formelzeichen
Braunkohle, überkritische Extraktion, Ethanol, Reaktionsmechanismus
lignite, supercritical extraction, ethanol, reaction mechanism
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Braunkohle
Reaktivextraktion
Überkritischer Zustand
Ethanol
Reaktionsmechanismus
Wollmerstädt, Hendrik
Kureti, Sven
Hahn, Thomas
Technische Universität Bergakademie Freiberg
2020-04-06
2020-06-29
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2020-07-20
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2021-01-22T09:57:21Z
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openaire
A Raman technique applicable for the analysis of the working principle of promoters and inhibitors of gas hydrate formation
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-715019
eng
10.1002/jrs.4744
We report a Raman technique applicable for the in situ analysis of the development of hydrogen bonds in the liquid water‐rich phase just before the onset of gas hydrate formation. Herewith, the phase transition as well as the working principle of hydrate formation inhibitors and promoters can be analyzed.
gas hydrate, inhibitor, Raman spectroscopy, hydrogen bond, OH stretch vibration
Gashydrat, Inhibitor, Ramanspektroskopie, Wasserstoffbrücken, OH-Streckschwingung
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ddc:660
Gashydrate
Raman-Spektroskopie
Bräuer, Andreas
Hankel, Robert Fabian
Mehnert, Markus Konstantin
Schuster, Julian Jonathan
Will, Stefan
2015
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2020-07-27
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2021-01-22T09:57:21Z
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doc-type:article
doc-type:Text
open_access
ddc:660
status-type:publishedVersion
openaire
Vector casting for noise reduction
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-715021
eng
10.1002/jrs.5835
We report a new method for the reduction of noise from spectra. This method is based on casting vectors from one data point to the following data points of the noisy spectrum. The noise‐reduced spectrum is computed from the casted vectors within a margin that is identified by an envelope‐finder algorithm. We compared here the presented method with the Savitzky–Golay and the wavelet transform approaches for noise reduction using simulated Raman spectra of various signal‐to‐noise ratios between 1 and 25 dB and experimentally acquired Raman spectra. The method presented here performs well compared with the Savitzky–Golay and the wavelets‐based denoising method, especially at small signal‐to‐noise ratios and furthermore relies on a minimum of human input requirements.
envelope detection, noise reduction, peak detection, Raman spectra, vector casting
Einhüllendendetektion, Rauschreduzierung, Peakdetektion, Ramanspektren, Vectorcasting
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Raman-Spektroskopie
Gebrekidan, Medhanie Tesfay
Knipfer, Christian
Bräuer, Andreas
2020
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2020-07-27
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doc-type:article
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2021-01-22T09:57:22Z
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doc-type:Text
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ddc:660
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openaire
Quantification of mixture composition, liquid-phase fraction and temperature in transcritical sprays
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-715141
eng
10.1016/j.supflu.2020.104777
How do fuel and air mix, if a liquid fuel is injected into an environment featuring pressure and temperature that exceed the critical pressure and the critical temperature of the fuel? It is subject of current discussion on whether and if so when, the fuel/air-mixture becomes supercritical or not. We here report experimental data comprising three mixture properties that are relevant for the current debate, all spatially and temporally resolved throughout the spray and injection event: The overall composition of the fuel/air-mixture, the liquid fraction of the fuel/air-mixture, and the temperature of the liquid phase. To this end, we applied Raman spectroscopy and gave special attention to the signature of the Raman OH-band of ethanol, which we used as fuel. Its signature is connected to the development of a hydrogen bonded network between the ethanol molecules and thus extremely sensitive to thermodynamic state and temperature. Measurements were carried out in a high-pressure, high-temperature combustion vessel in a pressure range of 3−8 MPa and a temperature range of 573−923 K. For the highest set temperature we found ethanol in liquid-like mixtures that exceeded the mixture critical temperature. This is an indication of the existence of a single-phase mixing path.
Raman spectroscopy, spray, liquid phase, temperature, liquid fraction, ethanol, diesel, transcritical
Ramanspektroskopie, Spray, Flüssigphase, Temperatur, Flüssiganteil, Ethanol, Diesel, transkritisch
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Raman-Spektroskopie
Klima, Tobias C.
Peter, Andreas
Riess, Sebastian
Wensing, Michael
Bräuer, Andreas
2020
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2020-07-27
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doc-type:article
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2021-01-22T09:57:22Z
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doc-type:Text
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ddc:660
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openaire
The lag between micro- and macro-mixing in compressed fluid flows
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-715198
eng
10.1016/j.ces.2017.01.034
We report the application of a novel optical Raman-based measurement technique for the simultaneous determination of the progress of mixing on the micro- and on the macro-scale. The introduced measurement technique is applicable to mixing systems containing one compound, which potentially can form hydrogen bonds, such as water, alcohols or amines, and does not rely on the addition of traces of indicator compounds. Here we demonstrate its applicability by analyzing the lag of micro-mixing behind macro-mixing when liquid ethanol is injected into a supercritical bulk environment mainly composed of carbon dioxide (CO2). While the degree of mixing on the macro-scale is determined from the ratio of the intensities of characteristic Raman signals of ethanol and CO2, the degree of mixing on the micro-scale is determined from the shape of the OH stretching vibration Raman signal of ethanol, which is a function of the development of hydrogen bonds.
micro-mixing, macro-mixing, hydrogen bond, Raman, compressed fluid, high-pressure, supercritical fluid
Mikromischen, Makromischen, Wasserstoffbrücken, Raman, komprimierte Fluide, Hochdruck, überkritische Fluide
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Raman-Spektroskopie
Bassing, Daniel
Bräuer, Andreas S.
2017
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2020-07-27
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doc-type:article
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2021-01-22T09:57:22Z
qucosa:tubaf
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doc-type:Text
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ddc:660
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openaire
Influence of Sodium Chloride on the Formation and Dissociation Behavior of CO2 Gas Hydrates
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-715201
eng
10.1021/acs.jpcb.7b05411
We present an experimental study on the formation and dissociation characteristics of carbon dioxide (CO2) gas hydrates using Raman spectroscopy. The CO2 hydrates were formed from sodium chloride/water solutions with salinities of 0–10 wt %, which were pressurized with liquid CO2 in a stirred vessel at 6 MPa and a subcooling of 9.5 K. The formation of the CO2 hydrate resulted in a hydrate gel where the solid hydrate can be considered as the continuous phase that includes small amounts of a dispersed liquid water-rich phase that has not been converted to hydrate. During the hydrate formation process we quantified the fraction of solid hydrate, xH, and the fraction of the dispersed liquid water-rich phase, xL, from the signature of the hydroxyl (OH)-stretching vibration of the hydrate gel. We found that the fraction of hydrate xH contained in the hydrate gel linearly depends on the salinity of the initial liquid water-rich phase. In addition, the ratio of CO2 and water was analyzed in the liquid water-rich phase before hydrate formation, in the hydrate gel during growth and dissociation, and after its complete dissociation again in the liquid water-rich phase. We observed a supersaturation of CO2 in the water-rich phase after complete dissociation of the hydrate gel and were able to show that the excess CO2 exists as dispersed micro- or nanoscale liquid droplets in the liquid water-rich phase. These residual nano- and microdroplets could be a possible explanation for the so-called memory effect.
hydrate formation, liquids, solvates, gels, water
Hydratbildung, Flüssigkeiten, Solvat, Gele, Wasser
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Raman-Spektroskopie
Gashydrate
Holzammer, Christine
Schicks, Judith M.
Will, Stefan
Bräuer, Andreas
2017
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2020-07-27
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doc-type:article
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oai:qucosa:de:qucosa:71714
2021-06-04T10:00:17Z
qucosa:tud
doc-type:article
doc-type:Text
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ddc:660
ddc:670
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openaire
oai:qucosa:de:qucosa:71725
2021-06-04T10:01:52Z
qucosa:tud
doc-type:article
doc-type:Text
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ddc:660
ddc:670
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openaire
oai:qucosa:de:qucosa:71831
2022-05-13T11:22:06Z
qucosa:tud
doc-type:article
doc-type:Text
open_access
ddc:660
ddc:670
status-type:publishedVersion
openaire
In situ measurement of the dynamic yarn path in a turbo ring spinning process based on the superconducting magnetic bearing twisting system
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-718318
eng
10.1177/0040517519879899
The yarn tension and balloon form are the most important physical process parameters to characterize the dynamic yarn
path in ring spinning. The present research work focuses on the in situ measurement of yarn tension in different regions of the yarn path in a developed turbo ring spinning tester with a friction-free superconducting magnetic bearing (SMB) twisting system and at an angular spindle speed of up to 50,000 rpm. The influence of different parameters, such as angular spindle speeds (15,000–50,000 rpm), yarn counts (15–40 tex) and balloon control ring (one or multiple), were evaluated to identify the influence of acting forces, for example, centrifugal forces. The effects of these process parameters were analyzed statistically using an analysis of variance. The yarn tension between the delivery rollers and the yarn guide was measured using a modified one-roller tensile yarn tension sensor. The yarn tension between the yarn guide and the SMB system was determined with an already existing optical approach at a higher angular spindle speed. As the highest yarn tension theoretically occurs between the SMB system and the cop, it was estimated in this region by measuring the coefficient of friction between the yarn and the yarn guide using the friction module of the constant tension tester equipment. The maximum balloon diameter was determined from the recorded balloon form between the yarn guide and the SMB system with respect to different angular spindle speeds. The results provide valuable information about the highest possible spinnable speed and enable a better understanding of the dynamic yarn path in the SMB spinning system.
Keywords
yarn tension, balloon form, ring spinning, superconducting magnetic bearing
Fadenspannung, Ballonform, Ringspinnen, supraleitendes Magnetlager
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
info:eu-repo/classification/ddc/670
ddc:670
Hossain, M.
Sparing, M.
Espenhahn, T.
Abdkader, A.
Cherif, C.
Hühne, R.
Nielsch, K.
Sage
2019
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2020-09-02
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doc-type:article
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oai:qucosa:de:qucosa:72108
2023-01-13T11:56:14Z
qucosa:tud
doc-type:article
doc-type:Text
open_access
ddc:660
status-type:publishedVersion
openaire
Characterization of the electrical behavior of a discontinuous hybrid yarn textile made of recycled carbon and PA6 fibers during Joule heating
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-721084
eng
1530-7980.
10.1177/0892705720930794
The Joule heating of carbon fiber-based textiles enables an energy- and cost-efficient processing of carbon fiber reinforced thermoplastic parts. This article introduces a new method to pass direct current into a dry, not pre-consolidated hybrid yarn textile based on recycled carbon fibers and polyamide 6 fibers. The aim is to melt polyamide fibers, subsequently impregnate carbon fibers, and finally consolidate the material to form a composite part in a single process step. To increase the reliability of this technology, the electrical properties and the behavior of the material during the heating process must be thoroughly investigated. It will be addressed how the material is characterized during the process and how the changing resistivity of the textile affects the current flow between the electrodes to generate intrinsic heat. Moreover, a method to determine the effective material resistivity by finite element simulation on the fiber scale based on a CT scan is presented. Thus, a validated material model with respect to the temperature development in the textile based on ρ = ρ (T) was established.
Joule heating, thermoplastic composites, carbon fiber, contact resistivity, simulation
Joule'sche Erwärmung, thermoplastische Verbundwerkstoffe, Kohlefaser, Kontaktwiderstand, Simulation
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Reese, Julian
Hoffmann, Gerald
Fieres, Johannes
Cherif, Chokri
Sage
2020
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2023-01-13
info:eu-repo/grantAgreement/German Federal Ministry for Education and Research/Energy and Climate Fund/02P14Z020–02P14Z030//Innovations for the Production, Service and Work of Tomorrow
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doc-type:article
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2021-01-22T09:59:30Z
qucosa:tud
doc-type:article
doc-type:Text
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ddc:540
ddc:660
status-type:publishedVersion
openaire
Demonstration of a Broadband Photodetector Based on a 2D Metal–Organic Framework
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-725559
eng
1521-4095
10.1002/adma.201907063
Metal–organic frameworks (MOFs) are emerging as an appealing class of highly tailorable electrically conducting materials with potential applications in optoelectronics. Yet, the realization of their proof-of-concept devices remains a daunting challenge, attributed to their poor electrical properties. Following the authors’ recent report on a semiconducting Fe₃(THT)₂(NH₄)₃ (THT: 2,3,6,7,10,11-triphenylenehexathiol) 2D MOF with record-high mobility and band-like charge transport, here, Fe₃(THT)₂(NH₄)₃ MOF-based photodetector operating in photoconductive mode capable of detecting a broad wavelength range from UV to NIR (400–1575 nm) is demonstrated. The narrow IR bandgap of the active layer (≈0.45 eV) constrains the performance of the photodetector at room temperature by band-to-band thermal excitation of charge carriers. At 77 K, the device performance is significantly improved; two orders of magnitude higher voltage responsivity, lower noise equivalent power, and higher specific detectivity of 7 × 10⁸ cm Hz¹/² W⁻¹ are achieved under 785 nm excitation. These figures of merit are retained over the analyzed spectral region (400–1575 nm) and are commensurate to those obtained with the first demonstrations of graphene and black phosphorus based photodetectors. This work demonstrates the feasibility of integrating conjugated MOFs as an active element into broadband photodetectors, thus bridging the gap between materials’ synthesis and technological applications.
2D-Halbleiter, Breitband-Photodetektoren, Niedertemperatur-Photodetektion, metallorganische Rahmen, Lichtempfindlichkeit
2D semiconductors, broadband photodetectors, low‐temperature photodetection, metal–organic frameworks, photosensitivity
info:eu-repo/classification/ddc/540
ddc:540
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Arora, Himani
Dong, Renhao
Venanzi, Tommaso
Zscharschuch, Jens
Schneider, Harald
Helm, Manfred
Feng, Xinliang
Cánovas, Enrique
Erbe, Artur
Wiley-VCH
2020
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2020-10-29
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doc-type:article
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oai:qucosa:de:qucosa:73173
2021-04-19T11:09:25Z
qucosa:tud
doc-type:article
doc-type:Text
open_access
ddc:540
ddc:660
status-type:acceptedVersion
openaire
Vacancy modification of Prussian-blue nano-thin films for high energy-density microsupercapacitors with ultralow RC time constant
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-731738
eng
2211-2855
10.1016/j.nanoen.2019.03.042
In-plane micro-supercapacitors (MSCs), as promising power candidates for micro-devices, typically exhibit high power densities, large charge/discharge rates, and long cycling lifetimes. The high areal/volumetric capacitances, high energy/power densities, high rate capability, as well as flexibility are the main scientific pursue in recent years. Among diverse electrode materials for MSCs, coordination polymer frameworks are emerging due to the designable porous structure and tunable functionality. However, the unsatisfied electrochemical performance still hinders their practical applications. In this work, we demonstrate the first time an efficient in-situ growth approach to precisely modify the vacancy of Prussian-blue nano-thin films with pyridine by coordination reaction for high energy-density MSCs. Confirmed by the experimental results and density functional theory calculation, the vacancy modification within Prussian-blue network improved the film-forming property, hydrophilicity, and electrochemical activity of the thin films. The resultant MSCs based on pyridine-modified Prussian-blue exhibited an ultrahigh energy density of up to 12.1 mWh cm⁻³ and an ultra-low time constant (t₀) of 0.038 ms, which are the best values among the state-of-the-art in-plane MSCs. This work provides an attractive solution for structural engineering of promising active materials on molecule level toward high-performance micro-energy devices.
Leerstellen-Modifikation, Preußisch-Blau, nanodünne Schichten, Mikro-Superkondensatoren, RC-Zeitkonstante
vacancy-modification, prussian-blue, nano-thin films, micro-supercapacitors, RC time constant
info:eu-repo/classification/ddc/540
ddc:540
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
He, Yafei
Zhang, Panpan
Wang, Faxing
Wang, Luxin
Su, Yuezeng
Zhang, Fan
Zhuang, Xiaodong
Feng, Xinliang
Elsevier
2019
info:eu-repo/semantics/acceptedVersion
2021-04-19
info:eu-repo/grantAgreement/Deutsche Forschungsgemeinschaft/Exzellenzcluster/194636624//Zentrum für Perspektiven in der Elektronik Dresden/cfaed
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doc-type:article
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doc-type:Text
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oai:qucosa:de:qucosa:73299
2021-01-14T15:53:20Z
qucosa:tubaf
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
status-type:publishedVersion
openaire
Raman spektroskopische Untersuchung von einphasigen strukturierten Stoffgemischen in einem Mikrokapillarsystem
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-732991
ger
Im Raman dieser Arbeit wurden binäre und ternäre Stoffgemische in einem Mikrokapillarsystem (MKS) mittels optischer Messtechnik hinsichtlich ihrer molekularen Strukturierung untersucht. Dies wurde durch die Kombination unterschiedlicher Auswertemethoden ermöglicht, welche alle gemeinsam haben, dass sie auf der Auswertung des Schwerpunktes des isolierten Raman-Spektrums der OH-Streckschwingung basieren. Für die Auswertung der binären Stoffgemische W/MeOH, W/EtOH und W/Acn konnten durch die kombinierte Auswertung von molaren-, partiellen molaren- und idealen molaren Raman Spektren, unterschiedliche Regime der molekularen Strukturierung identifiziert werden. Insbesondere für die beiden Stoffgemische W/MeOH und W/EtOH erlaubte die Berechnung partieller molarer Raman-Spektren und deren Interpretation umfassendere Rückschlüsse als es über die direkte Auswertung der Raman-Spektren möglich gewesen wäre. Durch die Berechnung der partiellen molaren Raman-Spektren konnte die Raman-Intensität der OH-Streckschwingung des Gemisches in die der einzelnen Komponenten – Wasser und MeOH/EtOH – aufgeteilt werden.:Formelzeichen mit Indizes und Abkürzungen I
1 Einleitung und Motivation 1
2 Stand der Technik und Zielsetzung der Arbeit 5
2.1 Molekular strukturierte Stoffgemische 5
2.1.1 Binäre Stoffgemische und der Einfluss von Wasserstoffbrückenbindungen 5
2.1.2 Ternäre Stoffgemische und die Ausbildung von CO2-basierten Surfactant-freien Mikroemulsionen 10
2.2 Zielsetzung der Arbeit 13
3 Anwendungsbezogene Grundlagen 14
3.1 Wasserstoffbrückenbindungen 14
3.1.1 Wasserstoffbrückenbindungen allgemein 14
3.1.2 Wasserstoffbrückenbindungen in Wasser und wasserenthaltenden Lösungen 15
3.2 CO2-basierte Surfactant-freie Mikroemulsionen 19
3.3 Analyse molekular strukturierter Stoffgemische mittels Strahlung 21
3.4 Raman-Spektroskopie 24
3.4.1 Raman-Spektroskopie allgemein 24
3.4.2 Raman-Spektroskopie zur Analyse molekular strukturierter Stoffgemische 28
3.5 Partielle molare Größen 28
4 Materialien und Methoden 31
4.1 Chemikalien 31
4.2 Mikrokapillarsystem und Peripherie 31
4.3 Versuchsdurchführung 35
5 Auswertemethodik 38
5.1 Isolierung der OH-Streckschwingung 39
5.1.1 Binäre Stoffgemische 39
5.1.2 Ternäres Stoffgemisch 41
5.2 Berechnung molarer-, partieller molarer- und idealer molarer Raman-Spektren 42
5.2.1 Molare Raman-Spektren 43
5.2.2 Partielle molare Raman-Spektren 45
5.2.3 Ideale molare Raman-Spektren 47
5.3 Schwerpunktbestimmung isolierter OH-Steckschwingungen 48
6 Ergebnisse und Diskussion 51
6.1 Binäre Stoffgemische 51
6.2 Ternäres Stoffgemisch 66
7 Zusammenfassung und Ausblick 72
8 Literaturverzeichnis 75
Anhang A83
Auflistung der untersuchten Stoffgemische und deren Zusammensetzungen A83
Zusammenfassung der Auswertemethodik der binären Stoffgemische A87
Raman-Spektroskopie, Mikrokapillarsystem, strukturierte Stoffgemische, Mikroemulsionen
Raman spectroscopy, micro-capillary system, structured mixtures, microemulsions
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Raman-Spektroskopie
Mehrstoffsystem
Molekülstruktur
Mikroemulsion
Mikromechanik
Stehle, Simon
Bräuer, Andreas Siegfried
Kiefer, Johannes
TU Bergakademie Freiberg
2020-04-01
2020-11-20
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2021-01-14
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
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doc-type:Text
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oai:qucosa:de:qucosa:73714
2021-02-02T13:32:41Z
qucosa:tubaf
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
status-type:publishedVersion
openaire
Charakterisierung des selektiven Extraktionsverhaltens von Titan
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-737143
ger
Die Frage der Weiterverarbeitung von industriell anfallenden wertmetallhaltigen Reststoffen gewinnt einen immer höheren Stellenwert. Die Untersuchungen dieser Arbeit befassen sich mit einem titanhaltigen Rückstand der Pigmentindustrie. Zur Aufbereitung wurde ein hydrometallurgischer Prozess zur Entfernung von Störelementen und zur gleichzeitigen Anreicherung von Titan entwickelt. Eine gezielte Abtrennung von Titan bezüglich der Elemente Eisen und Vanadium kann mittels Solventextraktion durch das Extraktionsmittel DEHPA (Di-(2-ethylhexyl)phosphorsäure) erfolgen. Durch Extraktionsversuche zeigt sich, dass Titan bevorzugt extrahiert werden kann und es wird der ideale Arbeitspunkt für die Extraktion von Titan erarbeitet. Dabei zeigt sich, dass acht DEHPA-Moleküle für eine vollständige Extraktion von Titan nötig sind. Weiterhin wurden spektroskopische Messungen mittels GALDI-MS und NMR-Spektroskopie bezüglich des Vorliegens von Titan mit DEHPA durchgeführt. In der organischen Phase kommt es hauptsächlich zum Vorliegen von [Ti]4+ und [Ti2O2]4+. Weiterhin kommt es zu einer gleichartigen Anordnung von acht DEHPA-Molekülen. Die Arbeit liefert nicht nur einen Mehrwert für das Verständnis der Komplexierung von Titan durch DEHPA, sondern stellt aufgrund der gewählten Parameter einen direkten Bezug zum entwickelten Aufbereitungsprozess dar.
Solventextraktion, Titan, Recycling
solvent extraction, titanium, recycling
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Flüssig-Flüssig-Extraktion
Titan
Recycling
Nassmetallurgie
Wertstoff
Metallrückgewinnung
Diethylhexylphosphate
Matthies, Alexander
Stelter, Michael
Aneziris, Christos
TU Bergakademie Freiberg
2020-10-13
2021-01-22
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2021-02-02
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
https://tubaf.qucosa.de/id/qucosa%3A73714
https://tubaf.qucosa.de/api/qucosa%3A73714/attachment/ATT-0/
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2021-08-19T13:53:36Z
qucosa:tubaf
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
status-type:publishedVersion
openaire
Adsorption und Desorption von Ammoniak an Fe/BEA-SCR-Katalysatoren in Gegenwart von Wasser
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-747311
ger
In dieser Arbeit wurden ein Fe/HBEA-SCR-Katalysator physikalisch-chemisch charakterisiert und die Kinetik der Adsorption und Desorption von NH3 und H2O untersucht. Der Katalysator wurde mittels N2-Physisorption, 57Fe-Moessbauer- und DRUV-vis-Spektroskopie analysiert. Zusätzlich wurde eine systematische Charakterisierung der sauren/basischen Zentren unter Verwendung des HBEA-Mutterzeoliths mit drei verschiedenen Si/Al-Verhältnissen durchgeführt, die 27Al-MAS-NMR-, 1H-MAS-NMR-Spektroskopie und FTIR-Spektroskopie mit Pyridin als Sondenmolekül beinhalteten. Die mechanistische Untersuchung der NH3- und H2O-Sorption wurde mittels in-situ-DRIFT-Spektroskopie durchgeführt, während die Kinetik mittels temperaturprogrammierter Desorption einschließlich verschiedener Adsorptionstemperaturen untersucht wurde. Es zeigte sich, dass NH3 und H2O hauptsächlich an schwach sauren terminalen SiOH-Gruppen adsorbieren, was zu schwachen Adsorbaten führt, während der Protonentransfer an verbrückten OH-Gruppen die gebildeten Adsorbate thermisch stabilisiert. Das an Lewis-Zentren koordinierte Ammoniak zeigte die höchste thermische Stabilität auf den HBEA-Zeolithen, wohingegen H2O an diesen Zentren dissoziiert. Auf der Grundlage dieser mechanistischen Erkenntnisse wurde ein kinetisches Mean-Field-Modell entwickelt, das zwei verschiedene Arten von Adsorbaten impliziert. Diese spiegeln die Tief- und Hochtemperatur-Desorption von NH3 und H2O wider. Die kinetischen Parameter wurden der Literatur entnommen und mit numerischen Anpassungsrechnungen ermittelt, während prä-exponentielle Faktoren der H2O-Adsorption aus der kinetischen Gastheorie abgeleitet wurden. Zur Validierung der NH3-Sorptionskinetik wurden die NH3-Adsorption, das anschließende Spülen mit N2 und die abschließenden TPD-Phase unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Adsorptionstemperaturen simuliert, wobei die H2O-Sorptionskinetik die gemessenen TPD-Profile bei verschiedenen Temperaturen zufriedenstellend reproduzieren kann. Die beiden kinetischen Modelle wurden über die Geschwindigkeitsansätze der Adsorption an den schwach-sauren OH-Gruppen gekoppelt, um die H2O-Verdrängungsadsorption von NH3 zu simulieren. Das erhaltene Modell kann die beobachtbaren experimentellen Trends wiedergeben. Zusätzlich wurde die thermodynamische Konsistenz der kinetischen Modelle zur NH3- und H2O-Sorption mittels DSC-Messungen, dem Van't-Hoff-Ansatz und Literaturdaten bezüglich gemessener Adsorptionswärmen nachgewiesen.:1. Einleitung und Motivation 1
2. Zielstellung 5
3. Grundlagen 7
3.1 Heterogene Katalyse 7
3.1.1 Sorptionsvorgänge an Feststoffoberflächen 8
3.1.2 Oberflächenreaktionen 10
3.2 Modellierung von Oberflächenreaktionen 12
3.2.1 Kinetik heterogen katalysierter Reaktionen 12
3.2.2 Stoffbilanzen 14
3.2.3 Numerische Lösungsverfahren 17
3.3 Entstehung von Stickstoffoxiden im Motor 21
3.4 NOx-Reduktionstechnologien in Dieselfahrzeugen 23
3.5 NH3-SCR-Verfahren in Dieselfahrzeugen 25
3.6 SCR-Katalysatoren und Mechanismen 27
3.7 Aufbau und Eigenschaften von Zeolithen 29
3.8 Sondenmoleküle zur Charakterisierung der Oberflächenazidität von oxidischen Feststoffen 33
3.8.1 Ammoniak 33
3.8.2 Pyridin 34
3.8.3 Wasser 35
4. Experimenteller Aufbau 36
4.1 Verwendete Zeolithe und Imprägnierung 36
4.2 Physikalisch-chemische Charakterisierung der Zeolith-Katalysatoren 37
4.2.1 N2-Physisorption 37
4.2.2 DRUV/Vis-Spektroskopie 38
4.2.3 57Fe-Mößbauer-Spektroskopie 39
4.2.4 NMR-Spektroskopie 40
4.2.5 Rasterelektronenmikroskopie 41
4.2.6 Röntgendiffraktometrie 42
4.3 Infrarotspektroskopie zur Analyse der Gaszusammensetzung und Oberflächengruppen 43
4.3.1 Nichtdispersive Infrarotspektroskopie 43
4.3.2 Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie 44
4.4 Untersuchungen zur SCR-Aktivität des Fe/HBEA-Katalysators 45
4.5 Temperaturprogrammierte Desorption 46
4.6 Charakterisierung der Oberflächenaziditäten 48
4.6.1 In situ DRIFT-Spektroskopie ohne Vorbehandlung 48
4.6.2 In situ DRIFT-Spektroskopie mit NH3 und H2O-Vorbehandlung 48
4.6.3 Transmissions-IR-Spektroskopie mit Pyridin-Vorbehandlung 49
4.7 Dynamische Differenzkalorimetrie 50
5. Experimentelle Ergebnisse 51
5.1 Physikalisch-chemische Eigenschaften der untersuchten Zeolithmaterialen 51
5.2 Ergebnisse der SCR-Messung am Katalysator Fe/HBEA 57
5.3 Ergebnisse der TPD-Untersuchungen an den Zeolithmaterialen 58
5.3.1 NH3-TPD-Versuche 58
5.3.2 H2O-TPD-Versuche 65
5.3.3 TPD-Versuche nach Co-Adsorption von NH3 und H2O 70
5.4 DRIFT-spektroskopische Untersuchungen 73
5.4.1 Ergebnisse der in-situ-DRIFTS-Experimente 73
5.4.2 NH3-DRIFTS-Experimente 74
5.4.3 H2O-DRIFTS-Versuche 90
5.4.4 DRIFTS-Versuche mit Ko-Adsorption von Wasser und Ammoniak 95
5.4.5 Ergebnisse der IR-Versuche mit Pyridin als Sondenmolekül 101
5.5 Messung der NH3-Adsorptionsenthalpie am Fe/HBEA-Katalysator und HBEA-12,5-Zeolith 104
6. Diskussion der experimentellen Ergebnisse 106
6.1 Physikalisch-chemische Eigenschaften der Zeolithe und SCR-Aktivität des Katalysators Fe/HBEA 106
6.2 Oberflächenazidität der HBEA-Zeolithe 110
6.2.1 Aluminiumkoordination der untersuchten Zeolithe 110
6.2.2 Art und Wirkung der vorhandenen Oberflächen-OH-Gruppen 112
6.3 Ammoniakadsorption und -desorption an den Zeolithoberflächen 119
6.4 Einfluss der Eisenbeladung auf die Adsorption und Desorption von NH3 bei HBEA-12,5 129
6.5 Wasseradsorption und -desorption an Fe/HBEA 133
6.6 Einfluss von Wasser auf die Adsorption von Ammoniak 143
7. Modellierung 148
7.1 Kinetik der Ammoniakadsorption und -desorption 148
7.2 Kinetik der Wasseradsorption und -desorption 156
7.3 Modellierung der Konkurrenzadsorption von H2O und NH3 162
8. Diskussion der Ergebnisse der Modellierung 166
8.1 Kinetisches Modell zur Beschreibung der NH3-Sorption 166
8.2 Kinetisches Modell zur Beschreibung der H2O-Sorption 175
8.3 Modell zur Ko-Adsorption von H2O und NH3 178
8.4 Thermodynamische Konsistenz der Sorptionsmodelle 183
9. Zusammenfassung und Ausblick 192
Anhang 198
A. Charakterisierung des Verweilzeitverhaltens der TPD-Anlage 198
B. Fehlerbetrachtung zur Gasanalytik 202
Abbildungen 204
Symbolverzeichnis 224
Abbildungsverzeichnis 226
Tabellenverzeichnis 233
Literaturverzeichnis 235
SCR-Katalysator, Ammoniak, Adsorption, Modellierung
SCR catalyst, ammonia, adsorption, modelling
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
SCR-Verfahren
Katalysator
Reaktionskinetik
Sorption
Ammoniak
Hahn, Christoph
Kureti, Sven
Nieken, Ulrich
TU Bergakademie Freiberg
2020-08-28
2021-04-15
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2021-08-19
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openaire
Evolution of particle morphology during char conversion processes applied for the CFD modeling of an entrained-flow gasifier
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-751735
eng
The change in morphology of a char particle affects both its trajectory and carbon consumption rate, hence the performance and efficiency of an entrained-flow gasifier. Among key processes taking place in the gasifier, the char conversion process is a limiting step for the overall carbon conversion. For that reason, the Ph.D. thesis presents the evolution of morphology of char particles during the carbon conversion process using particle-resolved transient CFD calculations. Analyses of numerical data obtained from the transient CFD calculations were carried out. As a result, new sub models related to the drag coefficient and the fundamental parameters of char conversion model were emerged. The new sub models were applied for modeling a pressured entrained-flow gasifier at laboratory scale. The numerical results of the gasifier show a good agreement with experimental data and an improvement of the sub models applied.
Char conversion, Particle-resolved CFD, Particle shape development, Particle morphology evolution, Intrinsic reactions
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Kohlevergasung
Numerische Strömungssimulation
Teilchentechnologie
Partikelsystem
Korngrößenanalyse
Nguyen, Cong Bang
Meyer, Bernd
Alobaid, Falah
Technische Universität Bergakademie Freiberg
2021-03-24
2021-06-09
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2021-07-06
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2021-08-26T09:01:26Z
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openaire
Einsatz biogener Kraftstoffe zur Senkung der Emissionen von stationären Verbrennungsmotoren
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-754210
ger
Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Einsatz biogener Ersatzbrennstoffe bei der motorischen Verbrennung.
Zum einen wurden die laminaren Brenngeschwindigkeiten von Ethanol und iso-Butanol sowie Gemischen mit iso-Oktan bestimmt. Es konnten Messwerte für die Validierung von numerischen Mechanismen sowie Parameter für die Abbildung der Temperatur- und Druckabhängigkeit der Brenngeschwindigkeit bestimmt werden. Der Vergleich der Messverfahren zeigt eine gute Übereinstimmung.
Zum anderen wurden die Auswirkungen der Beimischung von Wasserstoff auf die Abgaszusammensetzung und den Wirkungsgrad an einem Verbrennungsmotor ermittelt. Die Erhöhung des Wasserstoffanteils führt zur Erhöhung des Wirkungsgrades. Die Abgasbestanteile Kohlenstoffmonoxid, Formaldehyd und Methan werden reduziert, während Stickoxide zunehmen. Mit den begleitenden Simulationen kann gezeigt werden, dass höhere Wasserstoffanteile die Oxidation durch einen erhöhten Anteil an OH-Radikalen begünstigen. Der Grund für das verstärkte Auftreten von Stickstoffmonoxid liegt in der Verlängerung der Verweilzeit der verbrannten Gase in der Oxidationszone.
Laminare Brenngeschwindigkeit, Verbrennungsmotor, LCA, biogene Brennstoffe, Reaktionskinetik
laminar burning velocity, internal combustion engine, life cycle assessment (LCA), biogenic fuels, reaction kinetics
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Verbrennungsmotor
Ersatzbrennstoff
Biokraftstoff
Verbrennungsanalyse
Verbrennungskalorimetrie
Reaktionskinetik
Umweltbilanz
Wasserstoff
Stickstoffmonoxid
Abgasemission
Rau, Florian
Trimis, Dimosthenis
Bräuer, Andreas Siegfried
Technische Universität Bergakademie Freiberg
2020-06-17
2021-04-30
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2021-08-26
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2021-08-19T12:58:26Z
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ddc:660
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openaire
Untersuchung von Eisenoxiden zur alternierenden Schwefelwasserstoff- und Sauerstoffentfernung aus Biogas
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-754237
ger
Gegenstand dieser Arbeit ist die wissensbasierte Untersuchung verschiedener Eisenoxid/-hydroxid-Modifikationen für die alternierende Entfernung von Schwefelwasserstoff und Sauerstoff aus regenerativ erzeugten Gasen. Dafür wurden 37 Eisenoxide/-hydroxide systematisch auf ihre H2S- und O2-Adsorption hin untersucht und in Kombination mit deren physikalisch-chemischen Eigenschaften Struktur-Aktivitäts-Korrelationen abgeleitet. Die Aufklärung der ablaufenden Reaktionsmechanismen erfolgte mit spektroskopischen Analysenmethoden (DRIFTS Raman). Relevante Betriebsparameter wurden an einem α-FeOOH systematisch im Labormaßstab ermittelt. Daneben steht die Übertragbarkeit der Laborergebnisse in die technische Anwendung im größeren Maßstab (Upscaling) und mit Realgas im Fokus. Zudem wurde eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung inklusive eines Vergleiches mit Konkurrenzverfahren durchgeführt.
Eisenoxide, Biogas, Schwefelwasserstoff, Sauerstoff, Adsorption
iron oxides, biogas, hydrogen sulfide, oxygen, adsorption
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Adsorption
Schwefelwasserstoff
Eisenoxide
Sauerstoff
Reaktionskinetik
Reaktionsmechanismus
Gasreinigung
Biogas
Raabe, Toni
Kureti, Sven
Krause, Hartmut
Technische Universität Bergakademie Freiberg
2021-03-12
2021-06-29
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2021-08-19
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2021-09-21T07:27:17Z
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ddc:660
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openaire
Multivariate Untersuchungen in Gasphasenprozessen und Aerosolen mittels Raman-Spektroskopie
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-754424
ger
Für Entwurf, Modellierung sowie Überwachung von Gasphasenprozessen sind fun-dierte Kenntnisse über elementare Zustandsgrößen wie Temperatur oder Spezieskon-zentration unerlässlich. Obwohl bereits heute eine breite Palette an optischen, nicht-invasiven Online-Messtechniken zu Verfügung steht, ist deren Einsatz noch immer auf wenige Anwendungsfelder beschränkt. Die Gründe dafür liegen im oft hohen ex-perimentellen Aufwand oder in anderen Nachteilen wie der Notwendigkeit zum Einsatz von Tracern oder der Kalibrierung über zusätzliche Referenzen.
Um diese Nachteile zu umgehen, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein mobiles, faserbasiertes Sensorsystem, basierend auf der spontanen Raman-Spektroskopie entwickelt. Die Technik verwendet durchstimmbare NIR-Dauerstrich-Laser-Anregung, Signalerfassung in rückstreuender Geometrie (Punktmessung) und erfordert weder Probennahme, noch Tracer innerhalb der Strömung oder Kalibrierschritte am zu untersuchenden Prozess. Die Methode ermöglicht die simultane Bestimmung von Gastemperaturen und Spezieskonzentrationen sowie im Falle von Aerosolen die Bestimmung der Partikelspezies und der Anteile ihrer polymorphen Kristallstrukturen.
Die Datenauswertung basiert auf der Rekonstruktion der gemessenen Spektren anhand simulierter Modellspektren durch Least-Square-Algorithmen. Herkömmliche Ansätze liefern lediglich Parameter, die das Residuum zwischen Simulation und Messsignal minimieren. Unsicherheiten der Messgrößen sind daraus nicht ermittelbar und werden deshalb konventionell durch Wiederholung der Messung bestimmt. Mit Hilfe der hier eingesetzten Bayes'schen Statistik lassen sich die entsprechenden Unsicherheiten direkt bestimmen. Darüber hinaus ermöglicht der Ansatz das Einbeziehen von Vorwissen zur Verbesserung der Robustheit und Genauigkeit der Auswertung.
Die Performance des Sensorsystems wurde durch Einsätze an verschiedenen Gasphasenprozessen getestet und evaluiert. Dazu gehören Test-Aerosole, ein TiO2-Nanopartikelsyntheseprozess sowie eine laminare, rußarme Flamme. Ein leicht modifiziertes Sensorsystem (VIS-Anregung) wurde an einem Vergasungsreaktor eingesetzt.
Generell konnte eine hohe Qualität der ermittelten Messgrößen festgestellt werden. So sind deren Unsicherheiten mit denen deutlich komplexerer Messtechniken vergleichbar, stellenweise sogar geringer. Die mittlere Unsicherheit der Gastemperaturen innerhalb der Flamme betrug nur 1,6 %. Somit ermöglicht der vorgestellte Sensor bei geringem experimentellen Aufwand die Bestimmung wertvoller Prozessdaten und stellt so potentiell die Basis für eine breitere Anwendung optischer Prozessmesstechnik dar.
For the design, modelling and monitoring of gas-phase processes a profound knowledge of elementary state variables such as temperature or species concentration is essential. Although a wide range of optical, non-invasive online measurement techniques is already available today, their use is still limited to a few fields of application. The reasons for this are the regularly high experimental effort or other disadvantages such as the necessity to use tracers or to execute calibration via additional references.
In order to avoid these disadvantages, a mobile, fiber-based sensor system based on spontaneous Raman spectroscopy was developed within the scope of this work. The technique uses tunable NIR continuous-wave laser excitation, signal acquisition in backscattering geometry (point measurement) and requires neither sampling, tracers within the flow nor calibration steps at the process under investigation. The method allows the simultaneous determination of gas temperatures and species concentrations and, in the case of aerosols, the determination of the particle species and their polymorphic crystal structures.
The data evaluation is based on the reconstruction of the measured spectra using simulated model spectra through least square algorithms. Conventional approaches only provide parameters that minimize the residual between simulation and measurement signal. Uncertainties of the measured variables cannot be determined from these parameters and are, therefore, determined conventionally by repeating the measurement. With the help of the Bayesian statistics used here, the corresponding uncertainties can be determined directly. Furthermore, the approach allows the inclusion of prior knowledge to improve the robustness and accuracy of the evaluation.
The performance of the sensor system was tested and evaluated by using it in different gas phase processes. These include test aerosols, a TiO2 nanoparticle synthesis process and a laminar weakly sooting flame. A slightly modified system (VIS excitation) was used with a similar operation strategy at a gasification reactor.
In general, a high quality of the measured variables could be determined. Their uncertainties are comparable with those of much more complex measuring techniques, in some cases even lower. The mean uncertainty of the gas temperatures within the flame was only 1.6 %. Thus, the presented sensor enables the determination of valuable process data with low experimental effort and can potentially be the basis for a broader application of optical process measurement technology.
Raman-Spektroskopie, Gasphasenprozesse, Aerosole, Spektrale Rekonstruktion, Bayes'sche Analyse
Raman spectroscopy, gas-phase processes, aerosols, spectral reconstruction, Bayesian analysis
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Prozessmesstechnik
Gasphase
Aerosol
Sensortechnik
Raman-Spektroskopie
Bayes-Verfahren
Spektraltheorie
Rekonstruktion
Temperaturmessung
Konzentrationsmessung
Spezies <Chemie>
Bahr, Leo Alexander
Bräuer, Andreas S.
Will, Stefan
Technische Universität Bergakademie Freiberg
2021-03-15
2021-07-09
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2021-09-21
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2021-10-18T07:08:15Z
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openaire
Betriebssicherheit in Biogasanlagen: Hinweise für Planung, Errichtung und Betrieb kleiner Biogasanlagen
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176564674X
ger
Diese Broschüre soll insbesondere Betreiber und Bauwillige im Bereich der kleineren Biogasanlagen für die Thematik sensibilisieren und einen kurzen Überblick über wichtige rechtliche Regelungen und notwendige Vorkehrungen zur Gewährleistung des Arbeitnehmerschutzes und der Anlagensicherheit vermitteln.
Redaktionsschluss: 31.08.2017
Sachsen, Biogasanlage, Anlagensicherheit
info:eu-repo/classification/ddc/333.7
ddc:333.7
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Sachsen; Biogasanlage; Betriebssicherheit; Richtlinie; Geschichte 2017
Sächsisches Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft (SMUL)
2017
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2021-08-05
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2022-05-27T06:49:21Z
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openaire
Einfluss verschiedener Füge- und Klebeverfahren auf den Innenwiderstand von metallischen Bipolarplatten
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ger
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qucosa:75741
Eine der Schlüsselkomponenten der Brennstoffzelle ist die Bipolarplatte (BPP) welche den Kern eines Brennstoffzellensystems bildet und hierbei die mechanische Hauptstruktur des Brennstoffzellenstapels bildet. Die Bipolarplatte sorgt aber nicht nur für die Stabilität des Stacks, sondern übernimmt weitere Aufgaben wie die elektrische Verbindung der Zellen, die Gasverteilung über die Fläche der Platten, Gastrennung zwischen angrenzenden Zellen, Dichtung nach außen und Kühlung. Zentrale Zielstellung ist somit mittels alternativer Anbindungs- bzw. Fügeverfahren, wie der Einsatz leitfähiger Kleber, isolierender Kleber, sowie Laser- und Widerstandsschweißung eine anforderungsgemäße Verbindung der metallischen Bipolarplatten zu schaffen bei möglichst geringer Einschränkung der Korrosionsbeständigkeit. Gleichzeitig im jeweiligen Verfahren soll dabei eine gleichmäßigere Strom- u. Wärmeverteilung auf der Platte erzielt werden. Darüber hinaus beeinflusst die Anzahl der Schweiß- und/oder Klebepunkte, welche auf einer metallischen Bipolarplatte aufgebracht werden, die Alterung der Zellen, bedingt durch Wechselwirkungen zwischen dem Material der Bipolarplatten sowie der eingesetzten Klebematerialien, oder die Beschädigung der Korrosionsschutzbeschichtung der metallischen Bipolarplatten durch verschiedenste Schweißverfahren. Somit müssen die Anbindungspunkte der metallischen Bipolarplatte so ausgeführt werden, dass die Entstehung von Hot Spots und Korrosionsschwerpunkten vermieden wird, wobei eine ausreichende Strom- und Wärmeleitfähigkeit erzielt wird.
One of the key components of the fuel cell is the bipolar plate (BPP), which forms the core of a fuel cell system and is the main mechanical structure of the fuel cell stack. However, the bipolar plate not only ensures the stability of the stack, but also performs other tasks such as the electrical connection of the cells, gas distribution over the surface of the plates, gas separation between adjacent cells, sealing to the outside and cooling. The central objective is thus to create a connection between the metallic bipolar plates that meets the requirements using alternative connection and joining processes, such as the use of conductive adhesives, insulating adhesives, as well as laser and resistance welding, with the least possible restriction of corrosion resistance. At the same time, a more even current and heat distribution on the plate is to be achieved in the respective process. Furthermore, the number of welding and/or bonding points applied to a metallic bipolar plate influences the ageing of the cells due to interactions between the material of the bipolar plates and the bonding materials used, or the damage to the anti-corrosion coating of the metallic bipolar plates caused by various welding processes. Thus, the connection points of the metallic bipolar plate must be designed in such a way that the formation of hot spots and corrosion foci is avoided, while sufficient current and heat conductivity is achieved.
PEM Brennstoffzelle, metallische Bipolarplatten, Fügeverfahren, Innenwiderstand
info:eu-repo/classification/ddc/620
ddc:620
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Brennstoffzelle; Bipolarplatte; Fügen; Korrosion
Meuser, Carmen
von Unwerth, Thomas
Technische Universität Chemnitz
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2022-05-27
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2022-05-27T06:54:25Z
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ddc:620
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openaire
Konzept zur Umsetzung der Fraunhofer Kompetenzplattform für angewandte Wasserstofftechnologien
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ger
urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-757412
qucosa:75741
Im Kampf gegen den Klimawandel nehmen Wasserstofftechnologien eine zentrale Rolle ein. Jedoch stellt dieses Feld für viele Unternehmen und Institutionen noch Neuland dar. Deshalb unterstützen die Fraunhofer Institute IWU und IMWS den Einstieg mit einer Kompetenzplattform für angewandte Wasserstofftechnologien, die vom Hydrogen Lab Görlitz koordiniert wird. In diesem Beitrag eruieren wir, wer von dieser Plattform in Zukunft profitieren wird, welche Wünsche die Nutzer haben und wie man diese umsetzen könnte. Das Rückgrat dieser Plattform bilden: i) ein Datenraum, der mit Mess- und Simulationsergebnissen gespeist wird und als Basis für Digitalisierungsprojekte dient; ii) ein Wissensraum der notwendige Kompetenzen auf allen Niveaus vermittelt; iii) Werkzeuge zur technischen und ökonomischen Planung von Wasserstoffanlagen und zur Entscheidungsfindung bei strategischen Fragen. Des Weiteren ist eine intelligente Karte angedacht, die Angebote und Bedarfe an Wasserstoff, Produkten, Dienstleistungen und Kooperationen im Bereich Wasserstoff visualisiert. Zuletzt wird der zeitliche Horizont der Umsetzung diskutiert.
Hydrogen technologies play a central role in the fight against climate change. However, this field still represents uncharted territory for many companies and institutions. Therefore, the Fraunhofer Institutes IWU and IMWS support the entry with a competence platform for applied hydrogen technologies, which is coordinated by the Hydrogen Lab Görlitz. In this article, we elicit who will benefit from this platform in the future, what the users' wishes are and how they could be implemented. The backbone of this platform is: i) a data space fed with measurement and simulation results and serving as a basis for digitization projects; ii) a knowledge space providing necessary competences on all levels; iii) tools for technical and economic planning of hydrogen plants and for decision making on strategic issues. Furthermore, an intelligent map is envisaged that visualizes offers and needs for hydrogen, products, services and cooperations in the field of hydrogen. Finally, the time horizon of the implementation is discussed.
Wasserstoff, Wasserstoffspeicherung
Hydrogen, Electrolysis, Fuel Cell, Hydrogen Storage, Technology Transfer, Digitalisation
info:eu-repo/classification/ddc/600
ddc:600
info:eu-repo/classification/ddc/620
ddc:620
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
info:eu-repo/classification/ddc/680
ddc:680
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ddc:530
info:eu-repo/classification/ddc/540
ddc:540
info:eu-repo/classification/ddc/000
ddc:000
Brennstoffzelle; Elektrolyse; Technologietransfer; Digitalisierung
Zwaschka, Gregor
Höflinger, Johannes
Satora, Maciej
Gerloff, Björn Ole
Hilse, Herman
Schmidt, Sebastian
Technische Universität Chemnitz
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2022-05-27
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2022-05-27T07:04:12Z
qucosa:ubc
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doc-type:Text
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ddc:540
ddc:660
ddc:670
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openaire
Production of platinum poor electrodes for PEMFC by electrochemical deposition
urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-764522
eng
urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-757412
qucosa:75741
A new R2R capable process to produce platinum-poor fuel cells was presented in the lab scale. Platinum particles were deposited electrochemically on a mesoporous carbon carrier with various carbon carriers (Super P Li, Denka Black Li 400, Denka Black Li 435, Ketjenblack EC300). FESEM images showed particles in the range of 50 nm one the electrode surface. The catalyst containing electrodes were transferred via hot press from different metallic and polymeric decal materials on a polymer exchange membrane. First functional membrane electrode assemblies show the proof-of-principles of this new process.
Ein neuer R2R-fähiger Prozess für die Herstellung platinumarmer Brennstoffzellen wurde im Labormaßstab etabliert. Platinumpartikel wurde elektrochemisch auf einen mesoporösen Kohlenstoffträger mit verschieden Leitrußen (Super P Li, Denka Black Li 400, Denka Black Li 435, Ketjenblack EC300) abgeschieden. FESEM-Aufnahmen zeigen Partikel in der Größenordnung von 50 nm auf der Elektrodenoberfläche. Die katalysatorhaltige Elektrode wird mittels eines Heißpressverfahren auf eine Polymeraustauschmembran übertragen. Erste funktionsfähige Membran-Elektroden-Assemblierungen zeigen die Funktionsfähigkeit des Prozesses.
PEMFC, R2R-Produktion, Platinum
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ddc:660
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ddc:670
info:eu-repo/classification/ddc/540
ddc:540
Brennstoffzelle; Katalyse
Werwein, Anton
Kunz, Karina
Reuber, Sebastian
Weiser, Mathias
Goldberg, Adrian
Partsch, Mareike
Michaelis, Alexander
Technische Universität Chemnitz
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2022-05-27
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2022-05-27T07:07:13Z
qucosa:ubc
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ddc:660
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openaire
SteppinWolf: Pseudo 2D simulation of a single cell based on MMM1D
urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-766145
eng
urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-757412
qucosa:75741
Despite the rapid growth of compute power in the last decades, the full-fledged, 3D mathematical models of fuel cells are not a viable option when it comes to applications requiring real-time capability; on the other hand, the current crop of 1D models apply boundary conditions pertinent merely to a single point in the cell – to provide data for effective fuel cell system design, a balance needs to be struck. The predictive power of a lower dimensionality fuel cell model can provide a reasonably detailed and accurate assessment and tracking of the fuel cell state and cater data to model-based control algorithms or define requirements for the selection of balance of plant components. To cover a wide parametric space and allow a rapid generation of the corresponding fuel cell system states, a combination of two 1D stationary models (a pseudo-2D model) has been chosen. One model defines the inlet conditions and tracks their evolution along a gas flow channel in a bipolar plate, while the second model (in our case the MMM1D published by Vetter and Schumacher) solves the evolving boundary-value problem throughout the membrane-electrode assembly (MEA) and calculates the fluxes of species, heat and charge exchanged between the gas flow channel and the MEA. Because the most significant changes in the media state (temperature, pressure, composition and flow rate) occur at the cell level, the model can estimate stack outlet conditions from the inlet conditions, extending the cell level model to a fuel cell system context. The results obtained for several operating points are used to discuss the choice of some system components.
fuel cell, fuel cell system, simulation
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Brennstoffzelle; Simulation
Hrdlicka, Jiri
Sabuwala, Murtuza
Moya Saez, Senen
von Unwerth, Thomas
Technische Universität Chemnitz
info:eu-repo/semantics/acceptedVersion
2022-05-27
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2022-01-20T12:39:49Z
qucosa:tubaf
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
status-type:publishedVersion
openaire
Nonlinear parameter estimation of experimental cake filtration data
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-769740
eng
http://dx.doi.org/10.25532/OPARA-147
Diese Arbeit stellt die nichtlineare Parameterschätzung als alternative Auswertemethode von Kuchenfiltrationsexperimenten vor. Anhand eines größeren Datensatzes werden die Vorteile dieser Methode gegenüber der verbreiteten Auswertung mittels einer linearisierten Form der Kuchenfiltrationsgleichung für den Fall konstanten Drucks gezeigt. Zur Bewertung der Anpassungsgüte werden Residuenplots erläutert und verwendet. Die Unterschiede der Ergebnisse bewegen sich im Bereich von 5 bis 15% bei der Bestimmung des spezifischen Kuchenfiltrationswiderstands, welcher der wichtigste Parameter bei der Auslegung von Filtrationsapparaten ist. Weitere Möglichkeiten der Auswertung werden aufgezeigt, die durch die nichtlineare Parameterschätzung möglich werden, darunter die Auswertung von Experimenten bei variablem Druck, die Bestimmung des Kuchenwiderstands kompressibler Feststoffsysteme sowie eine Bewertung der anfänglichen Verblockungsvorgänge am Filtermedium.:1 Introduction
2 Cake Filtration Theory
2.1 Historical Development
2.2 Derivation of the Cake Filtration Equation
2.3 Fit Procedures for Cake Filtration Data
2.4 Additional Methods for Finding the Time Offset
3 Materials and Methods
3.1 Materials
3.2 Filter Medium
3.3 Laboratory Pressure Filters
3.4 Example Dataset
3.5 Preparation of Example Dataset
3.6 Residual Plots and Chi-Squares
3.7 Bootstrapped Statistics
4 Proposed Fit Procedure
4.1 Nonlinear Regression
4.2 Region of Best Fit
5 Results and Discussion
5.1 Constant-Pressure Filtration
5.2 Hermans & Bredée Models
5.3 Residual Plots of Fit Results
5.4 Nonconstant Filtration
5.5 Compressibility Effects
5.6 Optimal Parameter Definition
5.7 The Role of the t/V-V-Diagram
6 Conclusions
7 Outlook
7.1 Constant-Flux Filtration
7.2 Inline Resistance Measurements
7.3 Parameter Estimation in Chemical Engineering
A Appendix
A.1 The Concentration Parameter
A.2 Obsolete Fit Methods
A.3 Residual Statistics
A.4 Bootstrapped Statistics Data
A.5 Fit Example in Microsoft Excel
A.6 Experimental Data and Metadata
B References
This thesis presents nonlinear parameter estimation as an alternative method for the evaluation of cake filtration experiments. A dataset of 225 constant-pressure filtration experiments is used to highlight the advantages of this method compared to the widely used evaluation method which uses a linear transformation of the cake filtration equation. The goodness-of-fit is tested through the means of residual plots, which are introduced and discussed. The difference in results for the two methods for the specific cake resistance parameter, which is the most important parameter in the dimensioning of filtration apparatused, lies between 5 and 15%. Further possibilities of evaluation are presented, which become possible through the use of nonlinear parameter estimation, such as: evaluation of filtration experiments with nonconstant pressure, the determination of cake resistances for compressible systems, and the investigation of the processes present in the beginning stages of cake filtration.:1 Introduction
2 Cake Filtration Theory
2.1 Historical Development
2.2 Derivation of the Cake Filtration Equation
2.3 Fit Procedures for Cake Filtration Data
2.4 Additional Methods for Finding the Time Offset
3 Materials and Methods
3.1 Materials
3.2 Filter Medium
3.3 Laboratory Pressure Filters
3.4 Example Dataset
3.5 Preparation of Example Dataset
3.6 Residual Plots and Chi-Squares
3.7 Bootstrapped Statistics
4 Proposed Fit Procedure
4.1 Nonlinear Regression
4.2 Region of Best Fit
5 Results and Discussion
5.1 Constant-Pressure Filtration
5.2 Hermans & Bredée Models
5.3 Residual Plots of Fit Results
5.4 Nonconstant Filtration
5.5 Compressibility Effects
5.6 Optimal Parameter Definition
5.7 The Role of the t/V-V-Diagram
6 Conclusions
7 Outlook
7.1 Constant-Flux Filtration
7.2 Inline Resistance Measurements
7.3 Parameter Estimation in Chemical Engineering
A Appendix
A.1 The Concentration Parameter
A.2 Obsolete Fit Methods
A.3 Residual Statistics
A.4 Bootstrapped Statistics Data
A.5 Fit Example in Microsoft Excel
A.6 Experimental Data and Metadata
B References
cake filtration, data science, nonlinear parameter estimation
Kuchenfiltration, Data Science, nichtlineare Regression, Parameterschätzung, Datenanalyse
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Kuchenfiltration
Datenanalyse
Nichtlineare Regression
Parameterschätzung
Data Science
Buchwald, Thomas
Peuker, Urs
Briesen, Heiko
TU Bergakademie Freiberg
2021-08-05
2021-11-30
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2022-01-20
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doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
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2021-03-27T16:49:11Z
qucosa:slub
doc-type:book
doc-type:Text
open_access
ddc:660
openaire
Gefährliche Stoffe in Kläranlagen
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-33266
1867-2868
32228659X
ger
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-38419
qucosa:812
Gefährliche Stoffe gelangen durch Abwässer aus Haushalten, Industrie und Landwirtschaft in Kläranlagen. Während der mechanisch-biologischen Abwasserbehandlung in konventionellen Kläranlagen werden nur wenige Stoffe mit toxischen, persistenten und bioakkumulierenden Eigenschaften eliminiert. Der Bericht beschreibt die Eigenschaften gefährlicher Stoffe - darunter Industriechemikalien, Pflanzenschutzmittel, Arzneistoffe, Hormone und Metalle, ermittelt Quellen des Stoffeintrages und leitet Möglichkeiten zur Verringerung der Stoffeinträge ab.
In Laborkläranlagen wurde eine Methodik entwickelt, mit der bei Anlagen mit biologischer Grundreinigung und weitergehender Reinigung (Stickstoffeliminierung) die Eliminierungsrate für ausgewählte gefährliche Stoffe ermittelt werden kann.
Die Eliminationsraten der untersuchten gefährlichen Stoffe sind sehr unterschiedlich. Während ausgewählte Pestizide nur in geringem Umfang eliminiert werden (Bentazon < 40 Prozent, Dichlorprop < 30 Prozent, Dibutylzinn < 50 Prozent), werden für Nonylphenolethoxylate, Phthalate und Trichlormethan hohe Eliminationsraten mit bis zu 99 Prozent ermittelt.
Abwasserbeseitigung, EU-Wasserrahmenrichtlinie
sewage disposal, EU Water Framework Directive
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Schneider, Petra
Günther, Thomas
Gottschalk, Nicole
Zänder, Daniel
Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
C & E - Consulting und Engineering GmbH
eurofins | AUA GmbH
2010-04-22
Schriftenreihe des Landesamtes für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
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doc-type:book
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doc-type:Text
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oai:qucosa:de:qucosa:78049
2022-05-20T13:40:07Z
qucosa:tubaf
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
status-type:publishedVersion
openaire
Development of Process Models for Multiphase Processes in the Pore Space of a Filter Cake based on 3D Information
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-780499
eng
10.1016/j.powtec.2019.12.054
10.1007/s11242-021-01600-7
10.1016/j.seppur.2020.117215
10.1016/j.seppur.2020.117854
10.1016/j.advwatres.2021.103894
10.25532/OPARA-121
10.25532/OPARA-123
10.25532/OPARA-125
10.25532/OPARA-126
10.25532/OPARA-124
10.25532/OPARA-122
Reliable information about the micro-processes during filtration and dewatering of filter cakes allows more accurate statements about process development and design in any industrial application with solid-liquid separation units. Distributed particle properties such as shape, size, and material influence the formation of the porous network structure, which can show considerable local fluctuations in vertical and horizontal alignment in the cake forming apparatus. The present work relates to a wide range of particle sizes and particle shapes and presents their effects on integral, but preferably local, structural parameters of cake filtration. Current models for the relationship between particle properties and resulting porous structure remain inaccurate. Therefore, the central question focus on the model-based correlation between obtained tomographic 3D information and characteristic
cake and process parameters.
In combination with X-ray computed tomography and microscopy (ZEISS Xradia 510), data acquisition of the structural build-up of filter cakes is possible on a small scale (filter area 0.2 cm²) and a conventional laboratory scale (filter area 20 cm², VDI 2762 pressure nutsch). Thereby, the work focuses on structural parameters at the local level before, during, and after cake dewatering, such as porosity, coordination number, three-phase contact angle, characteristics of pores and isolated liquid regions, the liquid load of individual particles, tortuosity, and capillary length, and the corresponding spatial distributions. Seven different particle systems in the range of 20 and 500 µm, suspended in aqueous solutions with additives for contrast enhancement, served as raw materials for the filter cake formation. Image data processing from 16-bit greyscale images with a resolution of 2 to 4 µm/voxel edge length includes various operations with a two-stage segmentation to identify air, solid particles, and liquid phase, resulting in a machine learning-based automated approach. Subsequent modeling and correlation of measured parameters rely on experimentally verified quantities from mercury porosimetry, laser diffraction, dynamic image analysis, static and dynamic droplet contour analysis, as well as filtration and capillary pressure tests according to VDI guidelines. The tomography measurements provide microscopic information about the porous system, quantified using characteristic key parameters and distribution functions. By studying the cake structure concerning the local distribution of particle size and shape and the resulting porosity, segregation effects can be avoided by increasing the feed concentration of particles, whereby swarm inhibition of particles in the initial suspension strongly hinders or completely suppresses layer formation in the cake according to distributed particle properties (Publication A). In the subsequent dewatering of the filter cake to the irreducible saturation, the measurement of the local coordination number as well as the remaining liquid volumes at the particle contacts allows the determination of a discrete liquid load distribution by correlation with the respective particle volume (Publication B). The determination of the capillary length - shortest capillary for single-phase pore flow and capillary of least resistance for multiphase pore flow - provides modeling
approaches for the cake formation from publication A as well as the dewatering process from publication B (Publication C). The parameter sets obtained also help to transfer and extend existing, theoretical models of multiphase pore flow to the application example of filter cake dewatering (Publication D). At the microscopic level, the measurement of the three-phase contact angle at isolated liquid volumes within the porous matrix provides a deeper understanding of the macroscopic models from publications C and D (Publication E).:List of Figures
List of Tables
Notation
1 Introduction
2 Multiphase Processes in Porous Media
2.1 Cake Filtration and Single Phase Porous Media Flow
2.2 Cake Dewatering
2.2.1 Particle Surface Wettability
2.2.2 Capillarity in Porous Media
2.2.3 Static Capillary Pressure
2.2.4 Dynamic Capillary Pressure
3 Acquisition of 3D Information of Porous Media
3.1 Absorption and Scattering of X-rays
3.2 X-ray Microscopy
3.2.1 Image Acquisition
3.2.2 Image Reconstruction
3.2.3 Image Quality and Artifacts
3.3 Image Post-Processing
3.3.1 Image Enhancement
3.3.2 Segmentation and Thresholding
3.3.3 Processing Binary Images
3.4 Image Measurement
4 Materials and Methods
4.1 The Solid Phase
4.2 The Liquid Phase
4.3 Suspension Stability
4.4 Experimental Design and Down-Scale for Tomography Measurements
4.5 Experimental Characterization of Filtration and Dewatering Properties
4.5.1 Cake Filtration
4.5.2 Cake Dewatering (Capillary Pressure Measurements)
5 Conclusion and Outlook
Literature
Publications A to E
Appendix
cake filtration, filter cake dewatering, X-ray computed tomography, three- dimensional porous media characterization, image processing
Kuchenbildende Filtration, Filterkuchenentfeuchtung, Röntgentomographie, dreidimensionale Charakterisierung poröser Strukturen, Bildbearbeitung
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Kuchenfiltration
Entfeuchten
3D-Technologie
Poröser Stoff
Tomografie
Bildverarbeitung
Löwer, Erik
TU Bergakademie Freiberg
2021-11-04
2022-01-27
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2022-05-20
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
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2022-03-09T12:51:52Z
qucosa:tubaf
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
status-type:publishedVersion
openaire
On the effect of secondary phases on gasifier slag behavior
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-781683
eng
10.1016/j.fuproc.2021.106833
10.1016/j.fuel.2017.04.092
10.1016/j.fuel.2021.121501
By analyzing process samples full and pilot scale gasifiers, the main influences affecting their slag are identified. Based on this knowledge as well as the current literature, the effect of crystallization was identified as crucial for understanding slag behavior and is analyzed during cooldown. Finally, the emerging interest in sewage sludge upcycling via gasification necessitated an investigation on the influence of adding P2O5 as slag constituent. All conclusions concerning the full scale gasifier slags were based on XRF, XRD, and SEM-EDX analyses coupled with thermodynamic equilibrium calculations via FactSage. The subsequently presented research on crystallization and the effect of P2O5 was centered on conducting slag viscosity measurements, recreating the conditions of said measurement in a quench oven, and analyzing the resulting quench samples via the mentioned analysis methods. Special focus was put on the phase evolution, its governing factors, and the effect on slag viscosity.:1. INTRODUCTION 1
2. FUNDAMENTALS IN SLAG BEHAVIOR CHARACTERIZATION 3
2.1. BASE TO ACID RATIO AS KEY FIGURE FOR SLAG CHARACTERIZATION 7
2.2. VISCOSITY ALTERING SECONDARY PHASES IN SLAGS 9
2.2.1. The effect of crystallization on slag flow 10
2.2.2. Modelling and measuring crystallization in slags 11
2.3. CRITICAL VISCOSITY 13
2.4. PHOSPHOROUS OXIDE IN SLAGS 15
2.4.1. Behavior of P2O5 within slags 16
2.4.2. Phase separation in melts containing P2O5 17
2.4.3. Effect on slag viscosity 22
3. ANALYTICAL METHODS 26
3.1. SAMPLE PRETREATMENT 26
3.2. ASH FUSION TEMPERATURE 28
3.3. X-RAY FLUORESCENCE MEASUREMENT (XRF) 30
3.4. X-RAY DIFFRACTION 31
3.5. VISCOSITY MEASUREMENT 32
3.6. DIFFERENTIAL THERMAL ANALYSIS (DTA) 36
3.7. QUENCH APPARATUS 37
3.8. SEM-EDX 39
3.9. THERMODYNAMIC EQUILIBRIUM CALCULATIONS 40
4. CHARACTERIZATION OF SLAGS FROM FULL OR PILOT SCALE GASIFIERS 42
4.1. SLAG FROM GENERAL ELECTRICS GASIFIER IN TAMPA 43
4.1.1. Analysis of the suspending main phase 45
4.1.2. Analysis of the silica phase 50
4.1.3. Analysis of the metal enclosures 51
4.1.4. Analysis of the vanadium-rich particles 53
4.1.5. Summary of the analysis of the General Electrics gasifier slag 55
4.2. SLAG FROM GSP GASIFIER 57
4.2.1. NCPP slag 57
4.2.2. Huainan Anhui slag 64
4.2.3. Genesee slag 70
4.2.4. Hambach-Garzweiler 50:50 slag 75
4.2.5. Summary of the analysis of the GSP slags 86
4.3. SLAG FROM BRITISH GAS/LURGI (BGL) GASIFIER 88
4.3.1. Summary and conclusions of the analysis of the BGL slag 99
5. CHARACTERIZING CRYSTALLIZATION DURING SLAG VISCOSITY MEASUREMENTS 102
5.1. EXPERIMENTAL PROCEDURE 103
5.1.1. Sample preparation 107
5.1.2. Viscosity measurement 108
5.1.3. Differential thermal analysis (DTA) 108
5.1.4. Quench oven 108
5.1.5. XRD, XRF, SEM-EDX, and FactSage calculations 109
5.2. RESULTS AND DISCUSSION 109
5.2.1. Slag 1 (CO/CO2 atmosphere) 110
5.2.2. Slag 2 (CO/CO2 atmosphere) 112
5.2.3. Slag 3 (air atmosphere) 116
5.2.4. Slag 3 (CO/CO2 atmosphere) 119
5.3. CONCLUSION AND SUMMARY OF THE STUDY OF CRYSTALLIZATION IN SLAGS DURING COOLDOWN 122
6. THE EFFECT OF PHOSPHOROUS OXIDE ON SLAGS 125
6.1. PRELIMINARY SEWAGE SLUDGE SLAG INVESTIGATION 126
6.1.1. Conclusion and summary sewage slag investigation 136
6.2. EXPERIMENTAL PROCEDURE FOR PARAMETRIC STUDY 139
6.3. PARAMETRIC STUDY 141
6.3.1. HKN with 15% sand (HKNS) 142
6.3.2. HKNS with low P2O5 addition (HKNS5P) 147
6.3.3. HKNS with medium low P2O5 addition (HKNS10P) 153
6.3.4. HKNS with medium high P2O5 addition (HKNS15P) 158
6.3.5. HKNS with high P2O5 addition (HKNS20P) 163
6.3.6. P2O5 distribution 169
6.3.7. Effect of P2O5 on viscosity 174
6.4. SUMMARY ON THE INVESTIGATION OF P2O5 IN SLAGS 179
7. CONCLUSION AND OUTLOOK 185
8. REFERENCES 190
9. APPENDIX A: DIFFERENCE IN PREDICTION OF SEWAGE SLUDGE ELEMENTAL DISTRIBUTION 213
10. APPENDIX B COMPARISON OF XRF ANALYSES OF HKNS-P2O5 MIXTURES 215
11. APPENDIX C EDX MAPS OF THE QUENCH SAMPLES IN THE PARAMETRIC PHOSPHORUS ADDITION STUDY 218
12. APPENDIX D SUMMARY OF PHASE COMPOSITION OF THE EDX MAPS 239
13. APPENDIX E ENRICHMENT FACTORS FOR THE QUENCH SAMPLES IN THE PARAMETRIC PHOSPHORUS ADDITION STUDY 242
slag, viscosity, crystallization, P2O5, phase, gasification, coal, secondary
Schlacke, Viskosität, Kristallisation, P2O5, Sekundärphasen, Phasen, Kohlevergasung, Kohle, Vergasung
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Kohlevergasung
Schlacke
Phasenanalyse
Viskosität
Kristallisation
Phosphorpentoxid
Schwitalla, Daniel
Meyer, Bernd
Volkova, Olena
Technische Universität Bergakademie Freiberg
2021-08-24
2021-12-20
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2022-03-09
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
https://tubaf.qucosa.de/id/qucosa%3A78168
https://tubaf.qucosa.de/api/qucosa%3A78168/attachment/ATT-0/
oai:qucosa:de:qucosa:78250
2022-03-01T14:25:22Z
qucosa:tubaf
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:660
status-type:publishedVersion
openaire
Refinement of Raman spectra from extreme background and noise interferences: Cancer diagnostics using Raman spectroscopy
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-782508
eng
Die Raman-Spektroskopie ist eine optische Messtechnik, die in der Lage ist, spektroskopische Information zu liefern, welche molekülspezifisch und einzigartig in Bezug auf die Eigenschaften der untersuchten Spezies sind. Sie ist ein unverzichtbares analytisches Instrument, das Anwendung in verschiedenen Bereichen findet, wie etwa der Medizin oder der in situ Beobachtung von chemischen Prozessen. Wegen ihren Eigenschaften, wie der hohen Spezifität und der Möglichkeit von Tracer-freien Messung, hat die Raman-Spektroskopie die Tumordiagnostik stark beeinflusst. Aufgrund einer äußerst starken Beeinflussung der Raman-Spektren durch Hintergrundsignale, ist das Isolieren und Interpretieren von Raman-Spektren eine große Herausforderung.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene Ansätze der Spektrenbearbeitung entwickelt, die benötigt werden um Raman-Spektren aus verrauschten und stark mit Hintergrundsignalen behafteten Rohspektren zu extrahieren. Diese Ansätze beinhalten im Speziellen eine auf dem Vector-Casting basierende Methode zur Rauschminimierung und eine auf dem deep neural networks basierende Methoden zur Entfernung von Rauschen und Hintergrundsignalen. Verschiedene neuronale Netze wurden mittels simulierter Spektren trainiert und an experimentell gemessenen Spektren evaluiert. Die im Rahmen dieser Arbeit vorgeschlagenen Ansätze wurden mit alternativen Methoden auf dem aktuellen Stand der Entwicklung unter Zuhilfenahme von verschiedenen Signal-Rausch-Verhältnissen, Standardabweichungen und dem Structural Similarity Index verglichen. Die hier entwickelten Ansätze zeigen gute Ergebnisse und sind bisher bekannten Methoden überlegen, vor allem für Raman-Spektren mit einem niedrigem Signal-Rausch-Verhältnis und extrem starken Fluoreszenz-Hintergrund. Zusätzlich erfordern die auf Deep Neural Networks basierten Methoden keinerlei menschliches Eingreifen.
Die Motivation hinter dieser Arbeit ist die Verbesserung der Raman-Spektroskopie, vor allem der Shifted-Excitation Raman Difference Spectroscopy (SERDS) hin zu einem noch besseren Instrument in der Prozessanalytik und Tumordiagnostik. Die Integration der oben genannten Ansätze zur Spektrenbearbeitung von SERDS in Kombination mit Methoden des maschinellen Lernens ermöglichen es, physiologische Schleimhaut, nicht-maligne Läsionen und orale Plattenepithelkarzinome mit einer Genauigkeit zu unterscheiden, die bisherigen Methoden überlegen ist.
Die spezifischen Merkmale in den bearbeiteten Raman-Spektren können verschiedenen chemischen Zusammensetzungen in den jeweiligen Geweben zugeordnet werden. Die Übertragbarkeit auf einen ähnlichen Ansatz zur Erkennung von Brusttumoren wurde überprüft.
Die bereinigten Raman-Spektren von normalem Brustgewebe, Fibroadenoma und invasiven Mammakarzinom konnten mithilfe der spektralen Eigenschaften von Proteinen, Lipiden und Nukleinsäuren unterschieden werden. Diese Erkenntnisse lassen das Potential von SERDS in Kombination mit Ansätzen des maschinellen Lernens als universelles Werkzeug zur Tumordiagnose erkennen.:Versicherung
Abstract
Zusammenfassung der Ergebnisse der Dissertation
Table of Contents
Abbreviations and symbols
1 Introduction
2 State of the art of the purification of Raman spectra
2.1 Experimental methods for the enhancement of the signal-to-background ratio and the signal-to-noise ratio
2.2 Mathematical methods for the extraction of pure Raman spectra from raw spectra
2.3 Raman based cancer diagnostics
2.4 Neural networks for the evaluation of Raman spectra
2.5 Objective
3 Application relevant fundaments
3.1 Basics of Raman spectroscopy
3.2 Simulation of raw Raman spectra
3.3 Shifted-excitation Raman difference Spectroscopy
3.4 Raman experimental setup
3.5 Mathematical method for Raman spectra refinement
3.6 Deep neural networks
4 Summary of the published results
4.1 A shifted-excitation Raman difference spectroscopy evaluation strategy for the efficient isolation of Raman spectra from extreme fluorescence interference
4.2 Vector casting for noise reduction
4.3 Refinement of spectra using a deep neural network; fully automated removal of noise and background
4.4 Breast Tumor Analysis using Shifted Excitation Raman difference Spectroscopy
4.5 Optical diagnosis of clinically apparent lesions of oral cavity by label free Raman spectroscopy
Conclusion
Raman spectroscopy is an optical measurement technique able to provide spectroscopic information that is molecule-specific and unique to the nature of the specimen under investigation. It is an invaluable analytical tool that finds application in several fields such as medicine and in situ chemical processing. Due to its high specificity and label-free features, Raman spectroscopy greatly impacted cancer diagnostics. However, retrieving and interpreting the Raman spectrum that contains the molecular information is challenging because of extreme background interference.
I have developed various spectra-processing approaches required to purify Raman spectra from noisy and heavily background interfered raw Raman spectra. In detail, these are a new noise reduction method based on vector casting and new deep neural networks for the efficient removal of noise and background. Several neural network models were trained on simulated spectra and then tested with experimental spectra. The here proposed approaches were compared with the state-of-the-art techniques via different signal-to-noise ratios, standard deviation, and the structural similarity index metric. The methods presented here perform well and are superior in comparison to what has been reported before, especially at small signal-to-noise ratios, and for extreme fluorescence interfered raw Raman spectra. Furthermore, the deep neural network-based methods do not rely on any human intervention.
The motivation behind this study is to make Raman spectroscopy, especially the shifted-excitation Raman difference spectroscopy (SERDS), an even better tool for process analytics and cancer diagnostics. The integration of the above-mentioned spectra-processing approaches into SERDS in combination with machine learning tools enabled the differentiation between physiological mucosa, non-malignant lesions, and oral squamous cell carcinomas with high accuracy, above the state of the art. The distinguishable features obtained in the purified Raman spectra are assignable to different chemical compositions of the respective tissues. The feasibility of a similar approach for breast tumors was also investigated. The purified Raman spectra of normal breast tissue, fibroadenoma, and invasive carcinoma were discriminable with respect to the spectral features of proteins, lipids, and nucleic acid. These findings suggest the potential of SERDS combined with machine learning techniques as a universal tool for cancer diagnostics.:Versicherung
Abstract
Zusammenfassung der Ergebnisse der Dissertation
Table of Contents
Abbreviations and symbols
1 Introduction
2 State of the art of the purification of Raman spectra
2.1 Experimental methods for the enhancement of the signal-to-background ratio and the signal-to-noise ratio
2.2 Mathematical methods for the extraction of pure Raman spectra from raw spectra
2.3 Raman based cancer diagnostics
2.4 Neural networks for the evaluation of Raman spectra
2.5 Objective
3 Application relevant fundaments
3.1 Basics of Raman spectroscopy
3.2 Simulation of raw Raman spectra
3.3 Shifted-excitation Raman difference Spectroscopy
3.4 Raman experimental setup
3.5 Mathematical method for Raman spectra refinement
3.6 Deep neural networks
4 Summary of the published results
4.1 A shifted-excitation Raman difference spectroscopy evaluation strategy for the efficient isolation of Raman spectra from extreme fluorescence interference
4.2 Vector casting for noise reduction
4.3 Refinement of spectra using a deep neural network; fully automated removal of noise and background
4.4 Breast Tumor Analysis using Shifted Excitation Raman difference Spectroscopy
4.5 Optical diagnosis of clinically apparent lesions of oral cavity by label free Raman spectroscopy
Conclusion
Raman Spectroscopy, Convolutional neural network, Noise reduction, fluorescence rejection, Cancer diagnostics
Raman-Spektroskopie, Convolutional Neural Network, Rauschminimierung, Tumordiagnostik
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Raman-Spektroskopie
In situ
Prozessmesstechnik
Krebsvorsorge
Untersuchung <Medizin>
Rauschunterdrückung
Fluoreszenzanalyse
Convolutional Neural Network
Gebrekidan, Medhanie Tesfay
Bräuer, Andreas
Koß, Hans-Jürgen
Technische Universität Bergakademie Freiberg
2021-08-27
2022-01-17
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2022-03-01
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2022-08-03T07:09:58Z
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ddc:660
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openaire
KlimaCH4 - Klimaeffekte von Biomethan
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1813068453
ger
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-149494
qucosa:4501
Im Rahmen des Projektes „Klimaeffekte einer Biomethanwirtschaft“ (KlimaCH4) wurden durch das
Deutsche Biomasseforschungszentrum zwei Methoden für Messungen von direkten Treibhausgasemissionen
hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit und Vergleichbarkeit untersucht. Im Rahmen konkreter
Messungen wurden die direkten Emissionen, v. a. von Methan, an drei Biogasanlagen mit
Methanaufbereitung zur Einspeisung ins Erdgasnetz quantifiziert. Diese Untersuchungen erfolgten
einerseits direkt vor Ort mittels Leckagesuche, Einhausungen und „Open Chamber“-Messungen,
andererseits indirekt mittels optischer Fernmessungen mit Tunable Diode Laser Absorption
Spectrometry (TDLAS) und Quelltermrückrechnung mittels inverser Ausbreitungsmodellierung.
Biomasse, alternative Energieformen
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ddc:333.7
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ddc:660
Westerkamp, Tanja
Reinelt, Torsten
Oehmichen, Katja
Ponitka, Jens
Naumann, Karin
Nelles, Michael
DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum
2014
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2022-07-07
DBFZ-Report
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2022-08-03T11:10:25Z
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ddc:333.7
ddc:660
status-type:publishedVersion
openaire
Technisch-ökonomische Begleitforschung des Bundeswettbewerbes 'Bioenergie-Regionen: Endbericht Fördermaßnahme 2009-2012
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181309683X
ger
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qucosa:4501
Der vorliegende Endbericht beschreibt die Ergebnisse der technisch-ökonomischen Begleitforschung zum Wettbewerb Bioenergie-Regionen. Der Wettbewerb wurde als dreijähriges Fördervorhaben des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) realisiert, bei dem das DBFZ die Bioenergieentwicklung in den Projektregionen sowie Effekte für die Regionalentwicklung analysiert hat. Ziel der technisch-ökonomischen Begleitforschung war es, die Projektregionen hinsichtlich der Bioenergienutzung zu evaluieren. Hierzu standen die Bioenergieanlagen und Wertschöpfungsketten der Bioenergie sowie die eingesetzten Rohstoffe im Zentrum der Untersuchungen. Hierdurch sollten Vergleiche zwischen den Regionen und eine Einordnung im bundesdeutschen Durchschnitt ermöglicht werden. Auch galt es, Aussagen zum Klimaschutzbeitrag des Fördervorhabens treffen zu können. Nicht zuletzt unterstützte das DBFZ die Geschäftsstelle des Wettbewerbs sowie die Regionen bei der Beantwortung technisch-ökonomischer Fragestellungen.
Der Bericht gliedert sich in einen theoretischen Teil A und den Ergebnisteil B. Nach einer Ergebniszusammenfassung (Kapitel 1) und einer kurzen Übersicht über wichtige und übergeordnete Kennziffern (Kapitel 2) werden im Teil A zunächst Hintergründe und Ziele des Wettbewerbs vorgestellt (Kapitel 3). Daran schließt sich mit Kapitel 4 die Erläuterung der methodischen Vorgehensweise an. Der Teil B enthält die Ergebnisse des Begleitforschungsvorhabens. Die einzelnen Kapitel orientieren sich jeweils an den konkreten Fragestellungen bzw. Themenblöcken der technisch-ökonomischen Begleitforschung (Kapitel 5-8). Im letzten Kapitel 9 erfolgt ein kurzer Ausblick auf die zweite Förderphase ab 2012 bis 2015.
Biomasse, alternative Energieformen, Brennstoffe
info:eu-repo/classification/ddc/333.7
ddc:333.7
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Bohnet, Sebastian
Haak, Falko
Gawor, Marek
Thrän, Daniela
Nelles, Michael
DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum
2015
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2022-07-07
DBFZ-Report
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2022-08-03T10:49:20Z
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ddc:660
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openaire
Entwicklung der Förderung der Stromerzeugung aus Biomasse im Rahmen des EEG
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1813094225
ger
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-149494
qucosa:4501
Der vorliegende Report setzt sich zusammen aus den Zwischenberichten des Projektes
„Wissenschaftliche Vorbereitung und Begleitung der EEG-Monitoringberichte und des EEGErfahrungsberichts
für die Stromerzeugung aus Biomasse“ im Auftrag des Bundesministeriums für
Wirtschaft und Energie (SCHEFTELOWITZ u. a., 2014b, 2014a) sowie aus dem Hintergrundpapier
„Auswirkungen der gegenwärtig diskutierten Novellierungsvorschläge für das EEG-2014” in der Version
vom 31.03.2014 (THRÄN u. a., 2014).
Biomasse, alternative Energieformen
info:eu-repo/classification/ddc/333.7
ddc:333.7
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Scheftelowitz, Mattes
Thrän, Daniela
Hennig, Christiane
Krautz, Alexander
Lenz, Volker
Liebetrau, Jan
Daniel-Gromke, Jaqueline
Denysenko, Velina
Hillebrand, Konrad
Naumann, Karin
Rensberg, Nadja
Stinner, Walter
Nelles, Michael
DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum
2014
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2022-07-07
DBFZ-Report
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openaire
Die Biokraftstoffproduktion in Deutschland - Stand der Technik und Optimierungsansätze
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1813094713
ger
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-149494
qucosa:4501
Biokraftstoffe erweisen sich derzeit als eine der bedeutendsten erneuerbaren Alternativen im Mobilitätssektor
und sollen künftig maßgeblich zu einer nachhaltigen Mobilität beitragen. Im Verkehrsbereich
stellen die Bioethanolherstellung aus Getreide und Zuckerrüben sowie die Biodieselherstelllung aus
Raps, Soja, Palmöl und anderen Pflanzenölen aus heutiger Sicht kommerziell verfügbare und langjährig
erprobte Optionen dar, fossile Energieträger zu ersetzen. Die Herstellung und Verwendung von Biokraftstoffen
ist in Europa seit 2011 an besondere Anforderungen bezüglich ihrer nachhaltigen Erzeugung
gebunden. Im Zuge der Debatte um die Sicherstellung nachhaltiger Biokraftstoffproduktionssysteme
müssen bestehende und neue Anlagen hohen Anforderungen gerecht werden. Durch die in der Biokraftstoff-
Nachhaltigkeitsverordnung (Biokraft-NachV) geregelte Bemessung der Biokraftstoffquote anhand
der Treibhausgas-Minderungspotenziale seit dem Jahr 2015 wird ein zusätzlicher Anreiz für die
Optimierung der THG-Bilanz bestehender Biokraftstoffproduktionsanlagen gegeben. Diese Optimierungen
sind mit zusätzlichen Investitionen verbunden und haben einen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit
der Biokraftstoffanlagen.
Vor diesem Hintergrund war das Ziel des Vorhabens, technische Optimierungspotenziale innerhalb der
Produktionsanlagen zu untersuchen. Durch eine Bestandsaufnahme der Anlagen sowie eine Überprüfung
der verfahrenstechnischen Möglichkeiten zur Senkung der THG-Emissionen und deren ökonomischen
Auswirkungen sollten Verbesserungsmöglichkeiten aufgezeigt werden. Damit sollte in Bezug auf
die Ökonomie, die Ökologie und den Klimaschutz eine nachhaltige Bereitstellung heimisch erzeugter
Biokraftstoffe wirkungsvoll unterstützt werden. In diesem Sinne werden die Weichen für eine nachhaltige
und gleichzeitig wettbewerbsfähige Ausrichtung der deutschen Biokraftstofferzeugung gestellt.
Biomasse, alternative Energieformen, Brennstoffe, chemische Prozesstechnik
info:eu-repo/classification/ddc/333.7
ddc:333.7
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Biokraftstoff; Chemieanlage
Braune, Maria
Grasemann, Elias
Gröngröft, Arne
Klemm, Marcel
Oehmichen, Katja
Zech, Konstantin
DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum
2016
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2022-07-07
DBFZ-Report
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2022-08-03T11:21:22Z
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ddc:660
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openaire
Biomasse zur Wärmeerzeugung - Methoden zur Quantifizierung des Brennstoffeinsatzes
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1813097593
ger
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-149494
qucosa:4501
Im Rahmen des BMU/PTJ-Vorhaben „Wechselwirkung der
Markteinführungsinstrumente auf die energetische Nutzung von Biomasse“ (03MAP182) im
Arbeitspaketes 12 zur „Methodikentwicklung biogene Wärme“ ergab sich das Ziel, eine systematische Herangehensweise
zur Aufnahme der durch Biomasse bereitgestellten Wärme zu entwickeln und Ansätze für deren
Fortschreibung aufzuzeigen.
Grundlage hierfür bildet die Analyse der Berichtspflichten und den daraus resultierenden Anforderung
an den Detailierungsgrad der Ergebnisse sowie eine Betrachtung des (biogenen) Wärmemarktes.
Zudem werden sämtliche, für dieses Vorhaben relevante Datenquellen hinsichtlich Methodik,
Gliederung und Verfügbarkeit analysiert und für die Verwertbarkeit in diesem Vorhaben bewertet. Kern
des vorliegenden Berichtes ist die nach Bioenergieträgern differenzierte Abbildung des methodischen
Ansatzes zur Quantifizierung des Brennstoffeinsatzes und Wärmeerzeugung. Hierbei wird sowohl der
Weg für den Status Quo (2008 bis 2011) aufgezeigt, als auch Ansätze für die Fortschreibung des
Brennstoffeinsatzes beschrieben. Vorbereitend findet eine Gegenüberstellung und Bewertung des
verfügbaren Zahlenmaterials statt. Aufbauend auf der Datenanalyse und der entwickelten Methodik
werden Handlungsempfehlungen für die Schließung weiterhin bestehender Datenlücken einerseits und Vorschläge zur Verbesserung bestehender Datenquellen andererseits ausgewiesen.
Ziel dieses Vorhabens ist die Erarbeitung einer methodischen Grundlage für die Erfüllung der
nationalen und internationalen Berichtspflichten sowie Fachinformationen im Kontext Wärmenutzung
aus Biomasse. Zu diesem Zweck werden nachstehend die Berichtspflichten sowie Fachinformationen
analysiert und die darin enthaltenen Anforderungen an die Ergebnisdarstellung zusammengefasst.
Ergänzend dazu werden der Wärmemarkt im Allgemeinen und der Einsatz von Biomasse zur
Wärmeerzeugung im Speziellen dargestellt und auf die Bandbreite der Technologien eingegangen.
Vorangestellt werden zunächst verschiedene Biomassen – nachstehend Bioenergieträger genannt – und Sektoren voneinander abgegrenzt
Biomasse, alternative Energieformen, Brennstoffe
info:eu-repo/classification/ddc/333.7
ddc:333.7
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Bioenergieerzeugung; Biomasseverarbeitung; Brennstoffherstellung
Rönsch, Cornelia
Sauter, Philipp
Bienert, Kathrin
Schmidt-Baum, Torsten
Thrän, Daniela
Nelles, Michael
DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum
2015
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2022-07-07
DBFZ-Report
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2022-08-03T11:27:46Z
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ddc:333.7
ddc:660
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openaire
Nachrüstlösung zum katalytischen Abbau von gasförmigen organischen Emissionen aus Kaminöfen: Abschlussbericht (DBU-Förderprojekt AZ 31032)
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1813098034
ger
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qucosa:4501
In dem von der DBU unter den Aktenzeichen AZ 31032 geförderten Projekt wurde die Umsetzung einer
Nachrüstlösung für Kaminöfen untersucht. Die etwa 14 Millionen Einzelraumfeuerungen in
Deutschland haben einen wesentlichen Anteil an der Freisetzung von unvollständig umgesetzten
Verbrennungsgasen wie CO und VOC als auch Staub. Da ein Austausch aller betriebenen Feuerungen
mit hohem Schadstoffausstoß kurzfristig schwer möglich ist, könnte die Integration von
Nachrüstlösungen eine zeitnahe Verbesserung des Anlagenbetriebs in Bezug auf die Emissionen und
den Wirkungsgrad ermöglichen. Die Nachrüstlösung im Projekt bestand aus drei wesentlichen
Komponenten: einem Wärmeübertrager, einer Sicherheitseinrichtung für die störungsfreie
Abgasabführung sowie einem Katalysator inklusive Beheizung. Ziel war die wesentliche Reduzierung
der Emission von unvollständig umgesetzten Abgasbestandteilen CO, Org.-C und Staub sowie die
Erhöhung des Wirkungsgrades. Als Zielwerte wurden Konzentrationen von CO < 400 mg/m³, VOC
(Org.C) < 50 mg/m³, Staub < 30 mg/m³ und ein Wirkungsgrad > 75 % zu Projektbeginn angesetzt. Da
ein nicht zu unterschätzender Einfluss durch den Ausgangszustand der Anlagen gegeben ist, wurde
eine min. 50 %-ige Minderung der Schadstoffkonzentrationen als alternative Zielsetzung angegeben.
Die Nachrüstlösung wurde mit drei verschiedenen Baumarktkaminöfen getestet, um den
Anlageneinfluss sowie eine anlagenunspezifische Einsetzbarkeit zu demonstrieren. Es wurden zwei
verschiedene Wärmeübertrager untersucht, ein Rippenrohr und ein durchströmtes Rohr, um die Effekte
einer Oberflächenerhöhung und Anströmung der Oberfläche zu untersuchen. Die Abgasableitung wurde
durch Einsatz eines Rauchsaugers und eines Bypasses sichergestellt. Als Katalysator wurden sowohl
kommerziell erhältliche Produkte getestet als auch eine eigene Entwicklung auf Basis eines
Metallschaumes als Trägermaterial vorgenommen. Der Einsatz von Metallschäumen ist aufgrund den
damit erreichbaren Druckverlusten und auch der geförderten Gasvermischung vielversprechend. Die
durchgeführten Arbeiten erfolgten in Kooperation mit der Fa. Alantum, welche als
Fremdleistungsnehmer für die Herstellung der Metallschäume mit im Projekt eingebunden war. In den
Untersuchungen wurde gezeigt, dass eine deutliche Verbesserung bezüglich der Schadstoffemissionen
als auch der Wärmeausnutzung möglich ist. Durch Integration einer Wärmeübertragerstrecke im
Anschluss an die Feuerungsanlage wurde der Wirkungsgrad je nach Versuchsaufbau um etwa 5 bis hin
zu 19 % gesteigert und auch ein feuerungstechnischer Wirkungsgrad > 75 % erreicht. Mit den Einsatz
kommerzieller Katalysatoren konnten die CO-, Org.-C- und Staubkonzentration über 50 % reduziert
werden. Für CO wurden Konzentrationen unter 20 mg/m³ erreicht, für Org.-C < 100 mg/m³ und für
Staub eine Absenkung bis hin zu ca. 30 mg/m³. Durch die Katalysatorbeheizung mittels einer
Glühkerze sowie eines Heizwendels konnte die Reduzierung von Org.-C zum Teil noch weiter gesteigert
werden. Bei Integration in einer entsprechenden Temperaturzone kann so auch ein Rußabbrand
induziert werden. Mit dem Metallschaumkatalysator, welcher im Rahmen des Projektes entwickelt
wurde, konnten bisher nicht so hohe Umsatzraten erreicht werden, jedoch wurde schon eine Aktivität
für die CO-Oxidation nachgewiesen. Der bisherige Entwicklungsstand erfordert aber noch eine
Weiterentwicklung bis hin zur wirksamen Einsetzbarkeit im Abgas von Feuerungsanlagen. Sowohl für
Org.-C als auch für Staub ist auch bei Nutzung der kommerziell erhältlichen Katalysatoren noch eine
weitere Steigerung der Reduzierungsrate wünschenswert. Einfache Konstruktionen, die eine
fliehkraftbasierte oder filternde Staubabscheidung ermöglichen, werden als vielversprechend
angesehen. Zur praktischen Einsetzbarkeit von Nachrüstlösungen an häuslichen Anlagen ist eine
Weiterentwicklung zum kommerziellen Produkt notwendig. Dazu sind Feldmessungen an realen
Anlagen durchzuführen und die Bauartzulassung vorzunehmen.
Biomasse, alternative Energieformen, Brennstoffe, Luftreinhaltung, Umweltbelastung durch private Haushalte
info:eu-repo/classification/ddc/333.7
ddc:333.7
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Kleinfeuerungsanlage ; Biomasse; Emissionsverringerung; Feinstaub
Matthes, Mirjam
Hartmann, Ingo
DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum
2015
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2022-07-07
DBFZ-Report
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2022-08-03T11:35:48Z
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ddc:333.7
ddc:660
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openaire
Entwicklung, Untersuchung und Einsatz neuartiger katalytisch wirksamer Baugruppen zur Darstellung eines besonders emissionsarmen Kaminofens: nach dem Abschlussbericht (DBU-AZ 28412)
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978-3-946629-05-4
1813098875
ger
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qucosa:4501
Im Projekt wurden für eine neuartige Feuerungsstätte eine Steigerung des Wirkungsgrades und eine Verringerung der Emissionen von gesundheitsrelevanten Schadstoffen aus Verbrennungsprozessen untersucht. Dies geschah auf Basis des xeoos der Firma Specht. Die Zielstellung der Vorphase beinhaltete die Synthese geeigneter Spinelle, die anschließend einem Katalysator-Screening sowie einem Formgebungs-Prozess unterzogen wurden. Zur Zielstellung gehörte außerdem die Erzeugung einer porösen Fe3O4-Schicht auf der Oberfläche des Ofenrostes durch Brünieren, wobei die Fe3O4-Schicht durch Imprägnierung mit Salzlösungen zweiwertiger Metalle (Me(II)) und anschließender Kalzinierung in einen katalytisch aktiven Ferrit vom Typ Me(II)Fe2O4, umgewandelt wird. Die Auswahl der für die Modifizierung des Ofenrostes in Frage kommenden Ferrite erfolgte auf Basis des Katalysator-Screenings. Eine α-Al2O3-Schwammkeramik wurde mittels in-situ-Festkörperreaktion zu einem katalytisch aktiven Schwammkeramik-Wandkatalysator umgewandelt. Ebenso wurde ein Beschichtungsverfahren zur Herstellung einer MnOx/Al2O3-Schwammkeramik und dessen Testung auf katalytische Aktivität zur Totaloxidation von Propan erarbeitet. Eine abschließende Testung des vielversprechendsten Systems auf katalytische Aktivität zur Minderung der Schadstoffe CO, VOC und Ruß sowie ein Langzeittest am handelsüblichen xeoos der Firma Specht bildeten den Abschluss der Vorphase.
Feuerungstechnik
SEPA
info:eu-repo/classification/ddc/333.7
ddc:333.7
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Kaminofen; Katalysator; Emissionsschutz
Bindig, René
Butt, Saad
Hartmann, Ingo
Dvoracek, Daniel
Einicke, Wolf-Dietrich
Enke, Dirk
Specht, Bodo
Werner, Frank
DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum
2016
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2022-07-07
DBFZ-Report
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2022-08-03T11:43:31Z
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doc-type:Text
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ddc:333.7
ddc:660
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openaire
Potenziale zur Steigerung der Leistungsfähigkeit von Biogasanlagen - energetische Effizienz von Repoweringmaßnahmen: Förderkennzeichen: 22400912 (Schlussbericht)
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978-3-946629-20-7
1813099421
ger
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-149494
qucosa:4501
Der vorliegende Bericht fasst abschließend die Ergebnisse des Forschungsvorhabens 'Potenziale zur
Steigerung der Leistungsfähigkeit von Biogasanlagen - Energetische Effizienz von Repoweringmaßnahmen'
zusammen. Das Vorhaben wurde im Zeitraum vom 1. Januar 2014 bis
30. April 2016 durchgeführt und durch die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) gefördert (FKZ: 22400912).
Chemische Prozeßtechnik, Biotechnologie
info:eu-repo/classification/ddc/333.7
ddc:333.7
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Biogasanlage
Postel, Jan
Fischer, Erik
Barchmann, Tino
Rensberg, Nadja
Stur, Mathias
DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum
2017
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2022-07-07
DBFZ-Report
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:book
info:eu-repo/semantics/book
doc-type:Text
https://slub.qucosa.de/id/qucosa%3A79322
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oai:qucosa:de:qucosa:79325
2022-08-03T11:48:48Z
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ddc:333.7
ddc:660
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openaire
Effiziente Bioenergie für Regionen: Ergebnisse der technisch-ökonomischen Begleitforschung zur Fördermaßnahme Bioenergie-Regionen 2012-2015 : Schlussbericht
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-793254
978-3-946629-13-9
181310008X
ger
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-149494
qucosa:4501
Der vorliegende Endbericht beschreibt die in der 2. Förderphase des Wettbewerbs Bioenergie-Regionen
erzielten Ergebnisse der technisch-ökonomischen Begleitforschung. Der Fokus der technischökonomischen
Begleitforschung lag auf der Aktualisierung und Weiterentwicklung der bereits in der
ersten Förderphase erarbeiten Ansätze zum Monitoring der Bioenergienutzung in den Bioenergie-
Regionen (Modul I). Er wurde erweitert um eine neue Methode, die eine Effizienzbestimmung von biomassebasierten
Wertschöpfungsketten und damit die Weiterentwickung der regionalen Bioenergienutzung
unterstützt. Dabei lag der Fokus insbesondere auf der Anwendbarkeit der einzelnen Methoden.
Hierdurch und durch verschiedene praxisnahe Workshops in den Regionen sowie themenbezogenen
Publikationen wurde der Erfahrungsaustausch zwischen beteiligten Akteuren und der interessierten
Öffentlichkeit gefördert.
Letztlich wurden durch Auswertung von Fallbeispielen, Interviews und Literaturanalysen für die regionalen
Akteure praktische Empfehlungen für prioritäre Handlungsfelder erarbeitet. Hierzu zählen beispielsweise
der Einsatz bisher weniger bzw. ungenutzter Substrate sowie für eine verbesserte Nutzung
der in den Biogasanlagen anfallenden Abwärme (Modul II).
Nachfolgend sind die abgeleiteten Erkenntnisse der Begleitforschung themenspezifisch zusammengefasst.
Der sich daraus ergebende weitere Forschungsbedarf wird entsprechend dargelegt.
alternative Energieformen
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ddc:333.7
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Bioenergieerzeugung; Stoffstrom
Bohnet, Sebastian
Haak, Falko
Thrän, Daniela
Schmidt-Baum, Torsten
DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum
2017
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2022-07-07
DBFZ-Report
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2022-08-05T09:09:35Z
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ddc:660
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openaire
Untersuchungen zur Methanoxidation an LaFeO3-Perowskitkatalysatoren unter brennstoffreichen Bedingungen
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-794717
ger
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird die CH4-Oxidation an LaFeO3-Katalysatoren unter CH4-reichen und O2-reichen Reaktionsbedingungen betrachtet. Durch Analyse der Struktur-Aktivitätsbeziehungen wird gezeigt, dass eine Kombination von hoher BET-Oberfläche und großer Anzahl an 6-fach von Sauerstoff koordinierten perowskitischen Fe3+-Spezies für eine hohe CH4-Oxidationsaktivität vorteilhaft ist. Mit dem aktivsten LaFeO3-Perowskit kann Sauerstoff unter technisch relevanten Bedingungen bereits bei Temperaturen unterhalb von 350 °C vollständig aus Biogas entfernt werden. Mit einem auf dem Langmuir-Hinshelwood-Mechanismus basierenden kinetischen Modell kann die Methanoxidation unter CH4-reichen Bedingungen erfolgreich simuliert werden. Weiterhin kann der aktivste LaFeO3-Katalysator unter O2-reichen Bedingungen zur Oxidation von Formaldehyd im Abgas magerer Gasmotoren im Temperaturbereich von 350 bis 500 °C eingesetzt werden.:1. Einleitung und Problemstellung 1
2. Einführung in die Literatur 5
2.1. Die Perowskitstruktur 5
2.2. Verwendung von Perowskiten als Katalysatoren 7
2.2.1. CH4-Oxidation 7
2.2.2. CO-Oxidation 12
2.2.3. Oxidation weiterer Kohlenwasserstoffe 14
2.2.4. Minderung von Stickoxiden 16
2.2.5. Weitere katalytische Anwendungen 17
2.3. Katalytische CH4-Oxidation an Edelmetallkatalysatoren 18
2.4. Reaktive Sauerstoffspezies von Perowskitkatalysatoren 20
3. Experimenteller Teil 22
3.1. Synthese von LaFeO3-Katalysatoren 22
3.1.1. PVA-Synthese 22
3.1.2. Citratsynthese 23
3.1.3. Pechini-Synthese 24
3.1.4. NH3-Selbstverbrennung 24
3.1.5. Glycinselbstverbrennung 25
3.1.6. Herstellung von Granulaten 25
3.1.7. Herstellung beschichteter Wabenkatalysatoren 26
3.2. Verwendete Laborapparatur 27
3.3. Charakterisierung der Katalysatoren 28
3.3.1. N2-Physisorption 29
3.3.2. Temperaturprogrammierte Desorption von NH3 30
3.3.3. Temperaturprogrammierte Reduktion mit H2 31
3.3.4. Röntgendiffraktometrie 33
3.3.5. Mößbauerspektroskopie 34
3.3.6. Röntgenphotoelektronenspektroskopie 35
3.4. Katalytische Untersuchungen 36
3.4.1. CH4-Oxidation an LaFeO3-Pulverkatalysatoren im CH4-Überschuss 36
3.4.2. Hydrothermale Alterung des aktivsten LaFeO3-Katalysators 39
3.4.3. Experimentelle Untersuchungen zum Isotopenaustausch mit 18O2 39
3.4.4. Katalytische Aktivitätsmessungen unter sauerstoffreichen
Reaktionsbedingungen 41
3.4.5. Testung beschichteter Waben unter sauerstoffreichen
Reaktionsbedingungen 42
3.4.6. Untersuchungen zur Verweilzeitverteilung 43
4. Auswertung und Diskussion der Ergebnisse 45
4.1. CH4-Oxidationsaktivität und physikalisch-chemische Eigenschaften der
mittels verschiedener Synthesetechniken hergestellten LaFeO3-
Katalysatoren 45
4.2. Struktur-Aktivitätskorrelation der mittels Citratsynthese hergestellten
LaFeO3-Katalysatoren 49
4.3. Einfluss der Substitution von La durch Ce oder K auf die CH4-
Oxidationsaktivität von LaFeO3-Katalysatoren 68
4.4. Einfluss der Raumgeschwindigkeit auf die CH4-Oxidationsaktivität des
aktivsten LaFeO3-Katalysators 79
4.5. Einfluss des O2- und CH4-Gehalts im Gasstrom auf die CH4-
Oxidationsaktivität des aktivsten LaFeO3-Katalysators 81
4.6. Einfluss der hydrothermalen Alterung auf die CH4-Oxidationsaktivität des
aktivsten LaFeO3-Katalysators 84
4.7. Isotopenaustausch mit 18O2 87
4.8. Kinetische Modellierung der CH4-Oxidation unter CH4-reichen
Bedingungen am aktivsten LaFeO3-Katalysator 95
4.8.1. Formalkinetischer Ansatz 97
4.8.2. Kinetischer Ansatz auf Basis eines Langmuir-Hinshelwood-Mechanismus
103
4.8.3. Vergleich der beiden kinetischen Modelle 110
4.9. CH4-Oxidation an LaFeO3-Katalysatoren im Sauerstoffüberschuss
112
4.10. Kombinierte Entfernung von CH4, CO und Formaldehyd an mit dem
aktivsten LaFeO3-Katalysator beschichteten Mullit-Wabenträgern aus dem
Abgas von mager betriebenen Gasmotoren 117
4.11. Anwendung des kinetischen Langmuir-Hinshelwood-Modells auf die CH4-
Oxidation am aktivsten LaFeO3-Katalysator unter O2-reichen
Reaktionsbedingungen 123
5. Zusammenfassung und Ausblick 130
6. Literaturverzeichnis 134
7. Verzeichnis der verwendeten Formelzeichen 145
8. Anhang 148
Methanoxidation, Biogasaufbereitung, LaFeO3
methane oxidation, biogas upgrading, LaFeO3
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Katalysator
Perowskit
Biogasgewinnung
Chemische Synthese
Schreiter, Norman
Kureti, Sven
Joseph, Yvonne
TU Bergakademie Freiberg
2021-11-09
2022-05-25
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2022-08-05
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2022-08-05T12:31:25Z
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openaire
Beitrag zur Bestimmung des thermischen Akkommodationskoeffizienten an keramischen Oberflächen
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-796871
ger
Der thermische Akkommodationskoeffizient α spielt als Teil der effektiven Wärmeleitfähigkeit von hochporösen Dämmstoffen (basierend auf SiO2 oder CaSiO3) eine nicht zu unterschätzende Rolle beim Wärmetransport. In vorhandenen Modellen zur Bestimmung der effektiven Wärmeleitfähigkeit wird er häufig, jedoch nicht bewiesen mit α = 1 für Gase wie Argon oder Stickstoff bzw. α = 0,3 für Helium angenommen. Daher war es das Ziel dieser Arbeit, jene Annahme zu überprüfen als auch erstmalig α an CaSiO3 zu bestimmen. Dazu wurde eine eigens entwickelte Versuchsapparatur ähnlich einer Guarded-Hot-Plate aufgebaut und umfangreich mit Literaturdaten kalibriert. Die bisher allgemein gültige Annahme konnte für beide Materialien mit Argon, Stickstoff und Helium experimentell verifiziert und damit die Gültigkeit vorhandener Modelle zur Bestimmung der effektiven Wärmeleitfähigkeit unterstrichen werden. Parallel dazu wurde kooperativ eine Molekulardynamik Simulation durchgeführt, wodurch die Messergebnisse ebenfalls bestätigt werden konnten.
thermischer Akkommodationskoeffizient, effektive Wärmeleitfähigkeit, poröse Dämmstoffe, Knudseneffekt, S-Kurve
thermal accommodation coefficient, thermal conductivity, porous insulation materials, Knudsen effect
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Keramischer Werkstoff
Siliciumoxide
Wärmeleitfähigkeit
Akkommodationskoeffizient
Dämmstoff
Computersimulation
Bayer-Buhr, Doreen
Groß, Ulrich
Beck, Andreas
Technische Universität Bergakademie Freiberg
2021-11-09
2022-04-01
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2022-08-05
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2022-08-05T13:20:50Z
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openaire
Mechanisch-thermische Konversion von Agrarreststoffen zur Herstellung geformter Adsorbentien
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-797908
ger
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Herstellung geformter Adsorbentien aus den Agrarreststoffen Reisstroh und Bagasse. Dazu wurde eine neue Prozessroute entwickelt, anhand welcher die Ausgangsstoffe zunächst pelletiert und anschließend pyrolysiert werden. Ziel ist es ein Produkt mit hoher mechanischer Festigkeit (Ball Pan Hardness) > 80 % und spezifischer Oberfläche > 300 m2/g zu erzeugen. Dies ist durch die Auswahl geeigneter Mischungszusammensetzungen, die Anpassungen der Pelletierparameter und des Pyrolyseregimes möglich. Zusätzliche Aktivierungsschritte führen zu einer weiteren Verbesserung der spezifischen Oberfläche. Auf Basis der experimentellen Untersuchungen wurden mittels statistischer Methoden Einfluss- und Zielgrößen in Hinblick auf die anschließende empirische mathematische Modellentwicklung ausgewählt. Damit kann die spezifische Oberfläche anhand von validierten, nicht-linearen Regressionsmodellen mithilfe von Prozessparametern abgebildet werden kann.:Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Symbolverzeichnis
1 Einleitung
2 Grundlagen
2.1 Zusammensetzung und struktureller Aufbau biogener Reststoffe
2.1.1 Aufkommen biogener Reststoffe
2.1.2 Stoffliche Zusammensetzung biogener Reststoffe
2.1.3 Struktureller Aufbau biogener Reststoffe
2.2 Pelletierung biogener Rohstoffe
2.2.1 Wirkungsweise der Pelletierung
2.2.2 Stand der Forschung zur Einflussnahme auf die spezifischen Eigenschaften von Pellets aus biogenen Rohstoffen
2.3 Charakterisierung und Herstellung technischer Adsorbentien
2.3.1 Begriffsklärung, Einteilung und typische Eigenschaften technischer Adsorbentien
2.3.2 Stand der Forschung zu Wandlungsvorgängen und ihren Effekten bei der Herstellung kohlenstoffhaltiger Adsorbentien aus biogenen Rohstoffen
2.4 Ableitung der Aufgabenstellung zur Herstellung von geformten Adsorbentien aus Agrarreststoffen
3 Material und Methoden
3.1 Untersuchte biogene Reststoffe
3.2 Herstellung der Produkte und Begriffsklärung
3.2.1 Herstellung der Biomassepellets
3.2.2 Pyrolyse der biogenen Reststoffe und Pellets
3.2.3 Aktivierung der Biomassen und Formkohlen
3.3 Charakterisierung der Ausgangsstoffe, Zwischenprodukte und Produkte
3.3.1 Stoffliche Zusammensetzung
3.3.2 Mechanisch-physikalische Eigenschaften
3.3.3 Adsorptionsspezifische Eigenschaften
3.4 Vorgehensweise zur empirischen Modellentwicklung
3.5 Fehlerbetrachtung
4 Diskussion der experimentellen Ergebnisse
4.1 Charakterisierung der eingesetzten Rohstoffe
4.2 Auswahl geeigneter Mischungszusammensetzungen und Pelletierbedingungen zur Herstellung von Formkohlen
4.3 Einfluss der Pyrolysebedingungen auf die Eigenschaften der Formkohle
4.3.1 Einfluss des Pelletwassergehaltes auf die spezifische Oberfläche der Formkohlen
4.3.2 Einfluss des Pyrolyseregimes auf die spezifische Oberfläche der Formkohlen
4.4 Einfluss von Aktivierungsschritten auf die Eigenschaften der Formaktivkohlen
4.4.1 Einfluss der chemischen Aktivierung der Biomassen
4.4.2 Einfluss der Aktivierung der Formkohlen
5 Empirische mathematische Modellentwicklung
5.1 Auswahl relevanter Einflussgrößen und Zielgrößen für die empirische Modellentwicklung
5.2 Modellentwicklung zur Abbildung der spezifischen Oberfläche anhand ausgewählter Einflussgrößen
6 Zusammenfassung und Ausblick
7 Literatur
8 Anhang
A. Recherche zur Zusammensetzung ausgewählter Agrarreststoff
B. Übersicht über ausgewählte, wissenschaftliche Veröffentlichungen zur Herstellung von Biomassepellets
C. Übersicht über ausgewählte, wissenschaftliche Veröffentlichungen zur Aktivierung von (pyrolysierten) Agrarreststoffen
D. Übersicht über ausgewählte, wissenschaftliche Veröffentlichungen zur Herstellung (geformter) Kohlenstoffadsorbentien aus Reisstroh und Bagasse
E. Übersicht über die Ball Pan Hardness und spezifische Oberfläche kommerziell erhältlicher Form(aktiv)kohlen
F. Übersicht über die genutzten Messgeräte und die zugehörigen Messfehler
G. Zusammensetzung der Aschen aus Bagasse und Reisstroh
H. Übersicht über ausgewählte Charakteristika der hergestellten Formkohlen und kommerziell erhältlicher Produkte
Biomasse, Agrarreststoffe, Adsorbentien, Pelletierung, Pyrolyse
biomass, agricultural by-products, adsorbents, pelleting, pyrolysis
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Biomasse
Adsorbens
Pelletieren
Pyrolyse
Landwirtschaftlicher Abfall
Schaldach, Katja
Bräuer, Andreas
Sitzmann, Werner
TU Bergakademie Freiberg
2021-10-21
2022-06-22
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2022-08-05
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2022-08-30T12:41:34Z
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ddc:660
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openaire
Investigation of alternative supplementary cementitious materials and a new method to produce them
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-798110
eng
Zementklinker ist der Hauptbestandteil von Zement und verbraucht zu dessen Herstellung signifikante Mengen von natürlichen Ressourcen und trägt gleichzeitig zu seiner sehr ungünstigen Treibhausgasbilanz bei. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass Zementersatzstoffe mit spezifischen Eigenschaften aus Abfallstoffen wie Kieswaschschlämmen, Strassenwaschschlämmen und Gipskartonplatten ohne Leistungseinbußen auf Produktseite, bei geringeren Temperaturen und geringerer CO2 Emission hergestellt werden können. Entsprechend den angestrebten Eigenschaften solcher zum Teil anthropogener Zementbestandteile wurden lokal verfügbare geeignete Abfallstoffe ausgewählt und thermisch aktiviert. Eine industriell anwendbare Methode zur Aktivierung solcher Stoffe bei Temperaturen von 700 °C – 850 °C wurde entwickelt und patentiert. Es basiert auf einem neu entwickelten Trocknungsverfahren und der Kombination von zwei Produktionslinien, um durch die Verknüpfung der Gasströme beider Systeme eine energieeffiziente thermische Behandlung von Abfallstoffen zu ermöglichen sowie auf umweltfreundliche Weise einen Zementersatzstoff herzustellen.:Table of Contents
List of Tables
List of Figures
List of Abbreviations
Glossary
Chapter 1: Introduction
1.1 Motivation
1.2 Research hypotheses and objectives
1.3 Research methodology
1.4 Thesis outline
Chapter 2: State of the art in SCM production
2.1 Supplementary cementitious materials
2.2 Classification of SCMs
2.2.1 Classification according to origin
2.2.2 Classification according to reaction behaviour
2.3 Chemical composition of SCMs
2.4 Formation of hydraulic or pozzolanic minerals in thermal processes
2.4.1 Cement clinker
2.4.2 Burnt oil shale
2.4.3 Fly ash
2.4.4 Calcined clay
2.5 Performance of composite cements
2.6 Calcining technologies
2.6.1 Flash calciner
2.6.2 Rotary calciner
2.7 Comparison of process technologies
2.8 Summary of Chapter 2
Chapter 3: Alternative SCMs and a new method for activation
3.1 Introduction
3.2 Target of alternative SCM
3.3 Waste materials
3.3.1 Aggregate washing sludge
3.3.2 Road cleaning sludge
3.3.3 Deconstruction gypsum
3.4 Producing alternative SCMs
3.5 Thermal activation of alternative SCMs
3.6 Limitations in current calcining technology
3.6.1 Difficult emission control
3.6.1.1 Particulate emission
3.6.1.2 Gaseous emission
3.6.2 Challenging material preparation
3.6.3 Demand for noble fuels
3.6.4 Difficult colour control
3.6.5 Strict temperature control
3.6.6 CO2 footprint of calciners
3.7 Proposed new method of calcination
3.7.1 Feed material handling
3.7.2 Thermal heat-exchange system
3.7.3 Clay calciner design
3.7.4 Grinding
3.8 Summary Chapter 3
Chapter 4: Theoretical Considerations
4.1 Material considerations
4.1.1 Composition of alternative SCM
4.1.2 Anticipated products and characteristics
4.2 Process considerations
4.2.1 System capacity
4.2.2 Material characteristics
4.2.3 Material receiving, crushing and handling
4.2.4 Thermodynamic modelling
4.2.4.1 Mass balance
4.2.4.2 Drying and cooling heat balance
4.2.4.3 Calcination heat balance
4.2.4.4 Gas balance
4.2.4.5 Impact on clinker kiln line
4.2.4.6 Impact of calcite on the gas balance
4.2.5 Calciner design
4.2.6 Colour control
4.2.7 Emission prediction
4.2.7.1 Emission during drying
4.2.7.2 Emission during calcination
4.2.8 CO2 footprint of produced material
4.2.9 Grinding requirements
4.3 Summary of Chapter 4
Chapter 5: Experimental tests and proof of concept
5.1 Introduction
5.2 Sampling and characterization
5.2.1 Kaolinitic AWS from France
5.2.2 Non-kaolinitic AWS from Switzerland
5.2.3 Road cleaning sludges from Switzerland
5.2.4 Deconstruction gypsum from Switzerland
5.2.5 Sample preparation and shipping
5.3 Drying screw conveyor testing
5.4 Calcination testing
5.4.1 Mineralogy of activated products
5.4.1.1 Non-kaolinitic SCM
5.4.1.2 Kaolinitic AWS from France
5.4.2 Colour
5.5 Crushing tests
5.6 Grinding tests
5.7 Mortar compressive strength testing
5.8 Water demand testing
5.9 Summary of Chapter 5
Chapter 6: Experimental results
6.1 Characteristics of activated materials
6.2 Concrete performance and colour
6.2.1 Thermally activated kaolinitic AWS from France
6.2.2 Thermally activated non-kaolinitic alternative SCM from Switzerland
6.3 Equipment dimensioning
6.3.1 Process mass flow
6.3.2 Heat-exchanging screws and thermal oil system
6.3.3 Rotary calciner dimensioning
6.3.4 Ball mill dimensioning
6.4 CO2 reduction
6.5 Summary of Chapter 6
Chapter 7: Conclusion and outlook
7.1 Conclusions
7.2 Outlook.
Literature
SCM, Supplementary Cementitious Materials, Calciner, Anthropogenic Materials, Circular Economy
Zementzusatzstoffe, Kalzinator, Anthropogene Materialien, Kreislaufwirtschaft
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Zement
Zementherstellung
Zusatzstoff
Ersatzstoff
Kohlendioxidemission
Kreislaufwirtschaft
Weihrauch, Michael
Bier, Thomas
Charitos, Alexandros
Kruspan, Peter
TU Bergakademie Freiberg
2021-03-01
2022-07-04
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2022-08-30
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2022-08-05T06:59:31Z
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ddc:660
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openaire
Electronic Devices Using Open Framework Materials
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-803168
eng
ger
1520-6890
10.1021/acs.chemrev.0c00033
Open framework materials (OFM) constitute a large and growing class of nanoporous crystalline structures that is attracting considerable attention for electronic device applications. This review summarizes the most recent reports concerning electronic devices enabled by either of the two primary categories of OFM, metal–organic frameworks (MOFs) and covalent–organic frameworks (COFs). Devices in which the OFM plays an active role (as opposed to acting only as a selective sorbent or filter) are the principal focus, with examples cited that include field-effect transistors, capacitors, memristors, and a wide variety of sensing architectures. As a brief tutorial, we also provide a concise summary of various methods of depositing or growing OFM on surfaces, as these are of crucial importance to the deployment of electronic OFM. Finally, we offer our perspective concerning future research directions, particularly regarding what in our view are the biggest challenges remaining to be addressed. On the basis of the literature discussed here, we conclude that OFM constitute a unique class of electronic materials with characteristics and advantages that are distinct from either conventional inorganic semiconductors or organic conductors. This suggests a bright future for these materials in applications such as edge computing, resistive switching, and mechanically flexible sensing and electronics.
Open Framework Materials (OFM), Electronic Devices
Open Framework Materials (OFM), Elektronische Geräte
info:eu-repo/classification/ddc/540
ddc:540
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Feng, Xinliang
Allendorf, Mark D.
Dong, Renhao
Kaskel, Stefan
Matoga, DariusZ
Stavila, Vitalie
ACS Publications
2020
info:eu-repo/semantics/acceptedVersion
2022-08-05
info:eu-repo/grantAgreement/European Commission/H2020 | ERC | ERC-STG/852909//Development of Functional Conjugated Two-Dimensional Metal-Organic Frameworks/FC2DMOF
info:eu-repo/grantAgreement/Deutsche Forschungsgemeinschaft/SPP 1928, COORNET/ 273920491//Koordinationsnetzwerke als Bausteine für Funktionssysteme
info:eu-repo/grantAgreement/European Commission/H2020 | SGA-RIA/785219//Graphene Flagship Core Project 2/GrapheneCore2
info:eu-repo/grantAgreement/Deutsche Forschungsgemeinschaft/FOR 2433/279409724//Schaltbare metallorganische Gerüstverbindungen (MOF-Switches)
info:eu-repo/grantAgreement/Deutsche Forschungsgemeinschaft/SFB 1415/417590517//Chemie der synthetischen zweidimensionalen Materialien
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doc-type:article
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doc-type:Text
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2023-01-13T14:12:51Z
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doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
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openaire
Herstellung von Chalkogeniden für die Solarzellenanwendung über die MicroJet-Reaktor-Technologie
urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-828347
ger
10.1002/ceat.201900083
10.1002/open.202200232
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Metallchalkogenid-Nanopartikel bzw. Quantum Dots größenselektiv mittels kontinuierlicher MicroJet-Reaktor-Technologie in wässrigem Medium erzeugt. Aufgrund der sehr kurzen Mischzeiten im µs- bis ms-Bereich können Keimbildung und -wachstum im MicroJet-Reaktor zeitlich voneinander separiert werden. Die Begrenzung des Partikelwachstum durch den Einsatz von Stabilisatoren oder geringer Präkursorkonzentrationen ermöglichten die Synthese von monodispersen, nanokristallinen Produkten mit sehr schmaler Partikelgrößenverteilung. Ausgehend von den wasserlöslichen Präkursoren Cadmiumnitrat und Natriumsulfid wurde sowohl eine Synthesestrategie für elektrostatisch- als auch Liganden-stabilisierte CdS-Nanopartikel entwickelt. Es wurden zahlreiche Reaktionsparameter wie Temperatur, Präkursorverhältnis, Konzentration oder Fällungsmittel variiert und der Einfluss auf die Partikelgröße überprüft. In weiteren Untersuchungen konnte die Übertragbarkeit der MicroJet-Reaktor-Synthese auf die Metallchalkogenide Cadmiumzinksulfid, Silbersulfid und Silberindiumsulfid validiert werden. Auch komplexere Systeme wie Core/Shell Partikel sind mittels postsynthetischer Beschichtung der im MicroJet-Reaktor hergestellten Nanopartikel möglich. Erste Experimente zur Synthese von CdSe bestätigten die Eignung des kontinuierlichen Verfahrens zur Fällung höherer Chalkogenide.:1 Einleitung 1
1.1 Halbleiternanopartikel 3
1.1.1 Bandstruktur des Festkörpers 3
1.1.2 Interbandübergänge in direkten und indirekten Halbleitern 7
1.1.3 Quantum Confinement 15
1.2 Fällung von Nanopartikeln im MicroJet-Reaktor 20
1.2.1 Partikelbildung durch Kristallisation 20
1.2.2 Funktionsprinzip des MicroJet-Reaktors 22
1.2.3 State of the Art 25
1.3 Nanoskalige Metallchalkogenide 29
1.3.1 Cadmiumchalkogenide 29
1.3.2 Near-Infrared Quantum Dots 31
1.3.3 Core/Shell-Partikel 34
1.4 Zielsetzung 37
2 Ergebnisse und Diskussion 39
2.1 Allgemeines 39
2.2 Cadmiumchalkogenide 47
2.2.1 Hydrothermalsynthese von CdS im Laborautoklaven 47
2.2.1.1 Wiederholbarkeit 48
2.2.1.2 Einfluss des Präkursorverhältnis 50
2.2.1.3 Versuchsplanung zur Untersuchung ausgewählter Reaktionsparameter 51
2.2.1.4 Effektberechnung zur Untersuchung ausgewählter Einflussfaktoren 54
2.2.1.5 Beobachtungen und Charakterisierung 56
2.2.2 Kontinuierliche Synthese von CdS im MicroJet-Reaktor 62
2.2.2.1 MJR-Synthese von CdS aus Cd(NO3)2 und Na2S 62
2.2.2.2 MJR-Synthese von CdS aus Cd(NO3)2 und Thioacetamid 71
2.2.3 CdS/ZnS Core/Shell und Cd1-xZnxS Quantum Dots 76
2.2.3.1 CdS/ZnS Core/Shell Quantum Dots 77
2.2.3.2 Cd1-xZnxS Quantum Dots 88
2.2.4 Hydrothermalsynthese von CdSe im Laborautoklaven 99
2.2.4.1 Wiederholbarkeit 99
2.2.4.2 Präkursorverhältnis Cd2+:Se2- 101
2.2.4.3 Versuchsplanung zur Untersuchung ausgewählter Reaktionsparameter 104
2.2.4.4 Effektberechnung zur Untersuchung ausgewählter Einflussfaktoren 108
2.2.4.5 Beobachtungen und Charakterisierung 111
2.2.5 Kontinuierliche Synthese von CdSe im MicroJet-Reaktor 116
2.3 Near-Infrared Quantum Dots 121
2.3.1 Kontinuierliche Synthese von AgS2 im MJR-Reaktor 121
2.3.1.1 Elektrostatisch stabilisierte Ag2S Quantum Dots 121
2.3.1.2 Ag2S/ZnS Core/Shell Quantum Dots 138
2.3.1.3 Ligandenstabilisierte Ag2S Quantum Dots 143
2.3.2 Kontinuierliche Synthese von Indiumsilbersulfid im MJR-Reaktor 152
3 Experimenteller Teil 165
3.1 Synthesen 165
3.1.1 Verwendete Chemikalien 165
3.1.2 Hydrothermalsynthese im Laborautoklaven 166
3.1.2.1 Versuchsaufbau 166
3.1.2.2 Cadmiumsulfid 167
3.1.2.3 Cadmiumselenid 168
3.1.2.4 Silbersulfid 169
3.1.3 Kontinuierliche Synthese im MicroJet-Reaktor 169
3.1.3.1 Versuchsaufbau und Durchführung der MicroJet-Reaktor-Synthese 169
3.1.3.2 Synthese Liganden-stabilisierter Metallsulfide 171
3.1.3.3 Synthese elektrostatisch stabilisierter Metallsulfide 171
3.1.3.4 Synthese von Cadmiumselenid 172
3.1.3.5 Synthese von Core-Shell-Partikeln 172
3.2 Analytische Methoden 173
3.2.1 Dynamische Lichtstreuung (DLS) 173
3.2.2 Statische Lichtstreuung (SLS) 173
3.2.3 UV/Vis-Absorptionsspektroskopie 173
3.2.4 Photolumineszenz (PL)-Spektroskopie 174
3.2.5 Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) 174
3.2.6 Rasterelektronenmikroskopie (REM) 175
3.2.7 Optische Emissionsspektroskopie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES) 175
3.2.8 Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) 176
3.2.9 Pulver-Röntgendiffraktometrie (PXRD) 176
3.2.10 RAMAN-Spektroskopie 177
3.2.11 Abgeschwächte Totalreflexions-Infrarotspektroskopie (ATR-FTIR) 177
4 Zusammenfassung und Ausblick 179
5 Literatur 182
6 Anhang 195
In the present work, metal chalcogenide nanoparticles or Quantum Dots were obtained size-selectively using continuous MicroJet Reactor technology. Due to the short mixing times in the µs to ms range, crystallite nucleation and crystal growth are well separated and enable concentration-limited particle growth. Alternatively, particle growth can be limited by stabilizers. Starting from the water-soluble precursors Cd(NO3)2 and Na2S, a synthesis strategy for both electrostatic and ligand stabilized CdS nanoparticles in aqueous medium was developed. The nanocrystalline products obtained were characterized by a narrow, monodisperse particle size distribution. Examining the influence of the particle size, numerous reaction parameters e. g. temperature, ratio of precursors, concentration or precipitant were varied. In further investigations, the transferability of the MicroJet Reactor synthesis to the metal chalcogenides (Cd,Zn)S, Ag2S and AgInS2 was validated. By means of post-synthetic coating of the nanoparticles produced in the MicroJet Reactor, more complex systems such as CdS/ZnS or Ag2S/ZnS core/shell particles are accessible. Initial experiments on the synthesis of CdSe confirmed the suitability of the continuous process for precipitation of selenides.:1 Einleitung 1
1.1 Halbleiternanopartikel 3
1.1.1 Bandstruktur des Festkörpers 3
1.1.2 Interbandübergänge in direkten und indirekten Halbleitern 7
1.1.3 Quantum Confinement 15
1.2 Fällung von Nanopartikeln im MicroJet-Reaktor 20
1.2.1 Partikelbildung durch Kristallisation 20
1.2.2 Funktionsprinzip des MicroJet-Reaktors 22
1.2.3 State of the Art 25
1.3 Nanoskalige Metallchalkogenide 29
1.3.1 Cadmiumchalkogenide 29
1.3.2 Near-Infrared Quantum Dots 31
1.3.3 Core/Shell-Partikel 34
1.4 Zielsetzung 37
2 Ergebnisse und Diskussion 39
2.1 Allgemeines 39
2.2 Cadmiumchalkogenide 47
2.2.1 Hydrothermalsynthese von CdS im Laborautoklaven 47
2.2.1.1 Wiederholbarkeit 48
2.2.1.2 Einfluss des Präkursorverhältnis 50
2.2.1.3 Versuchsplanung zur Untersuchung ausgewählter Reaktionsparameter 51
2.2.1.4 Effektberechnung zur Untersuchung ausgewählter Einflussfaktoren 54
2.2.1.5 Beobachtungen und Charakterisierung 56
2.2.2 Kontinuierliche Synthese von CdS im MicroJet-Reaktor 62
2.2.2.1 MJR-Synthese von CdS aus Cd(NO3)2 und Na2S 62
2.2.2.2 MJR-Synthese von CdS aus Cd(NO3)2 und Thioacetamid 71
2.2.3 CdS/ZnS Core/Shell und Cd1-xZnxS Quantum Dots 76
2.2.3.1 CdS/ZnS Core/Shell Quantum Dots 77
2.2.3.2 Cd1-xZnxS Quantum Dots 88
2.2.4 Hydrothermalsynthese von CdSe im Laborautoklaven 99
2.2.4.1 Wiederholbarkeit 99
2.2.4.2 Präkursorverhältnis Cd2+:Se2- 101
2.2.4.3 Versuchsplanung zur Untersuchung ausgewählter Reaktionsparameter 104
2.2.4.4 Effektberechnung zur Untersuchung ausgewählter Einflussfaktoren 108
2.2.4.5 Beobachtungen und Charakterisierung 111
2.2.5 Kontinuierliche Synthese von CdSe im MicroJet-Reaktor 116
2.3 Near-Infrared Quantum Dots 121
2.3.1 Kontinuierliche Synthese von AgS2 im MJR-Reaktor 121
2.3.1.1 Elektrostatisch stabilisierte Ag2S Quantum Dots 121
2.3.1.2 Ag2S/ZnS Core/Shell Quantum Dots 138
2.3.1.3 Ligandenstabilisierte Ag2S Quantum Dots 143
2.3.2 Kontinuierliche Synthese von Indiumsilbersulfid im MJR-Reaktor 152
3 Experimenteller Teil 165
3.1 Synthesen 165
3.1.1 Verwendete Chemikalien 165
3.1.2 Hydrothermalsynthese im Laborautoklaven 166
3.1.2.1 Versuchsaufbau 166
3.1.2.2 Cadmiumsulfid 167
3.1.2.3 Cadmiumselenid 168
3.1.2.4 Silbersulfid 169
3.1.3 Kontinuierliche Synthese im MicroJet-Reaktor 169
3.1.3.1 Versuchsaufbau und Durchführung der MicroJet-Reaktor-Synthese 169
3.1.3.2 Synthese Liganden-stabilisierter Metallsulfide 171
3.1.3.3 Synthese elektrostatisch stabilisierter Metallsulfide 171
3.1.3.4 Synthese von Cadmiumselenid 172
3.1.3.5 Synthese von Core-Shell-Partikeln 172
3.2 Analytische Methoden 173
3.2.1 Dynamische Lichtstreuung (DLS) 173
3.2.2 Statische Lichtstreuung (SLS) 173
3.2.3 UV/Vis-Absorptionsspektroskopie 173
3.2.4 Photolumineszenz (PL)-Spektroskopie 174
3.2.5 Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) 174
3.2.6 Rasterelektronenmikroskopie (REM) 175
3.2.7 Optische Emissionsspektroskopie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES) 175
3.2.8 Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) 176
3.2.9 Pulver-Röntgendiffraktometrie (PXRD) 176
3.2.10 RAMAN-Spektroskopie 177
3.2.11 Abgeschwächte Totalreflexions-Infrarotspektroskopie (ATR-FTIR) 177
4 Zusammenfassung und Ausblick 179
5 Literatur 182
6 Anhang 195
Cadmium sulfide, Cadmium selenide, Continuous-flow synthesis, Core/Shell Quantum Dots, Impinging-Jet microreactor, Metal chalcogenide nanoparticles, Micromixer synthesis, MicroJet Reactor, Near Infrared Quantum Dots, Silver sulfide, Water-soluble Quantum Dots
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ddc:660
Semiconductor Quantum Dots; Nanopartikel
Hiemer, Julia
Stöwe, Klaus
Mehring, Michael
Stöwe, Klaus
Technische Universität Chemnitz
2022-04-12
2022-12-16
2023
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2023-01-13
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2023-04-11T13:16:48Z
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doc-type:Text
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ddc:660
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openaire
Joule heating as a smart approach in enhancing early strength development of mineral-impregnated carbon-fibre composites (MCF) made with geopolymer
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-838473
eng
1359-835X
106750
10.1016/j.compositesa.2021.106750
The article at hand presents a novel approach to accelerating the early strength development of mineralimpregnated carbon-fibre composites (MCF) by electrical Joule heating. MCF were produced with a metakaolin-based geopolymer suspension and subsequently cured using Ohmic heating under systemically varied voltages and durations.
The MCF produced were characterised in respect of their mechanical and morphological properties. Threepoint-bending and uniaxial tension tests yielded significant enhancement of MCF mechanical properties due to curing within only a few hours. Thermogravimetric analysis (TGA), mercury intrusion porosimetry (MIP), environmental scanning electron microscope (ESEM) as well as micro-computed tomography (μCT) confirmed advanced geopolymerisation by the electrical heating process and a strong sensitivity to parameter selection. After only two hours of resistance heating MCF could demonstrate tensile strength of up to 2800 MPa, showing the great potential for applying the Joule effect as a possibility to enhance the strength development of geopolymer-based MCF. Moreover, the applied method offers a huge potential to manufacture automated fast out-of-oven cured MCF with a variety of shapes and dimensions.
Carbon-fibre composites, Automated processing, Pultrusion, Mechanical testing, Joule heating
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Junger, Dominik
Liebscher, Marco
Zhao, Jitong
Mechtcherine, Viktor
Elsevier Science
2022
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2023-03-04
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2023-04-13T06:52:02Z
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ddc:540
ddc:660
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openaire
Viologen-Immobilized 2D Polymer Film Enabling Highly Efficient Electrochromic Device for Solar-Powered Smart Window
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-843812
eng
1521-4095
2106073
10.1002/adma.202106073
Electrochromic devices (ECDs) have emerged as a unique class of optoelectronic devices for the development of smart windows. However, current ECDs typically suffer from low coloration efficiency (CE) and high energy consumption, which have thus hindered their practical applications, especially as components in solar-powered EC windows. Here, the high-performance ECDs with a fully crystalline viologen-immobilized 2D polymer (V2DP) thin film as the color-switching layer is demonstrated. The high density of vertically oriented pore channels (pore size ≈ 4.5 nm; pore density ≈ 5.8 × 1016 m-2) in the synthetic V2DP film enables high utilization of redox-active viologen moieties and benefits for Li+ ion diffusion/transport. As a result, the as-fabricated ECDs achieve a rapid switching speed (coloration, 2.8 s; bleaching, 1.2 s), and a high CE (989 cm2 C-1), and low energy consumption (21.1 µW cm-2). Moreover, it is managed to fabricate transmission-tunable, self-sustainable EC window prototypes by vertically integrating the V2DP ECDs with transparent solar cells. This work sheds light on designing electroactive 2D polymers with molecular precision for optoelectronics and paves a practical route toward developing self-powered EC windows to offset the electricity consumption of buildings.
2D polymers, coloration efficiency, electrochromic devices, smart windows
2D-Polymere, Färbeeffizienz, elektrochrome Vorrichtungen, intelligente Fenster
info:eu-repo/classification/ddc/540
ddc:540
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Wang, Zhiyong
Jia, Xiangkun
Zhang, Panpan
Liu, Yannan
Qi, Haoyuan
Zhang, Peng
Kaiser, Ute
Reineke, Sebastian
Dong, Renhao
Feng, Xinliang
Wiley-VCH
2021
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2023-04-13
info:eu-repo/grantAgreement/European Commission/H2020 | SGA-RIA/881603//Graphene Flagship Core Project 3/GrapheneCore3
info:eu-repo/grantAgreement/European Commission/H2020 | ERC | ERC-STG/852909//Development of Functional Conjugated Two-Dimensional Metal-Organic Frameworks/FC2DMOF
info:eu-repo/grantAgreement/European Commission/H2020 | ERC | ERC-COG/819698//Development of Thiophene Based Conjugated Polymers in Two Dimensions/T2DCP
info:eu-repo/grantAgreement/Deutsche Forschungsgemeinschaft/Schwerpunktprogramme/273920491//Koordinationsnetzwerke als Bausteine für Funktionssysteme/SPP 1928
info:eu-repo/grantAgreement/European Commission/H2020 | MSCA-ITN-ETN/813036//Bottom-Up generation of atomicalLy precise syntheTIc 2D MATerials for high performance in energy and Electronic applications – A multi-site innovative training action/ULTIMATE
info:eu-repo/grantAgreement/European Commission/H2020 | RIA/899205//Proto-Opto-Electro-Mechanical Hybrid Systems for Generation-Next Bionic Devices/PROGENY
info:eu-repo/grantAgreement/Deutsche Forschungsgemeinschaft/Sonderforschungsbereiche/417590517//Chemie der synthetischen zweidimensionalen Materialien/SFB 1415
info:eu-repo/grantAgreement/Deutsche Forschungsgemeinschaft/Exzellenzcluster/194636624//Zentrum für Perspektiven in der Elektronik Dresden/EXC 1056
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2021-03-31T14:12:17Z
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openaire
Durchströmungswäsche von Filterkuchen aus Partikeln mit innerer Porosität
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-742628
ger
10.1002/cite.201900074
10.1016/j.seppur.2020.118141
Die Durchströmungswäsche von Filterkuchen aus innenporösen Partikeln wird anhand von makro- und mesoporösen Kieselgelen untersucht. Die Filterkuchenbildung der KCl-haltigen Suspensionen erfolgt in einer Drucknutsche nach VDI-2762-2. Die Filterkuchen werden über einen perforierten Stempel mit entionisiertem Wasser durchströmt und der Wascherfolg über die Bilanzierung der K+-Ionen ermittelt. Die Porosität der Kieselgel-Filterkuchen beträgt 80 %, wobei sich 50 % der gesamten Mutterlauge in den Innenporen befindet. Dennoch zeigen sich mit 1 % Restbeladung ähnliche Waschergebnisse wie für unporöse Feststoffe (Quarz und Glas). Die Innenporen werden gereinigt, der in der Literatur postulierte ausgeprägte Diffusionsbereich in der Waschkurve wird nicht sichtbar. Berechnungen nach CARMAN-KOZENY, FICK und mittels dimensionsloser Kennzahlen verdeutlichen, dass Perfusion und Diffusion die Wäsche poröser Systeme beeinflussen. Die vorgestellten Modelle eignen sich auch für die Anwendung in der Praxis.
The displacement washing of filter cakes consisting of porous particles is investigated using macro- and mesoporous silica gels. The filter cakes of KCl-containing suspensions are formed in a pressure filter device according to VDI-2762-2. The filter cakes are flown through with deionized water via a perforated piston and the washing success is determined by balancing the K+ ions. The porosity of the silica gel filter cakes is 80 % and 50 % of the mother liquor is trapped in the inner pores. Nevertheless, with 1 % residual loading, washing results are similar to those for non-porous solids (quartz, glass). The inner pores are cleaned, the distinct diffusion region in the washing curve postulated in the literature is not visible. Calculations according to CARMAN-KOZENY, FICK and by means of dimensionless quantities illustrate that both perfusion and diffusion influence the washing of porous systems. The presented models are also suitable for practical applications.
Filterkuchenwäsche, Kieselgel, Diffusion, Perfusion, Makroporen
filter cake washing, silica gel, diffusion, perfusion, macro pores
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Filtration
Filterkuchen
Filterreinigung
Regeneration <Chemie>
Kieselgele
Diffusion
Perfusion
Makropore
Poröser Stoff
Porosität
Seupel, Sabine
Peuker, Urs A.
Hoffner, Bernhard
TU Bergakademie Freiberg
2020-07-28
2021-01-15
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2021-03-31
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2021-04-20T14:51:01Z
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doc-type:doctoralThesis
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openaire
Stochastische Modellierung des Rissaufweitungsverhaltens von faserverstärkten Materialien
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-743292
ger
In der vorliegenden Arbeit wird das bruchmechanische Verhalten von Materialien untersucht, welche mit einer Faserverstärkung ausgestattet sind. Dies geschieht unter Zuhilfenahme unterschiedlicher Ergebnisse und Methoden aus der stochastischen Geometrie. Ein zentrales Ergebnis dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Modells einer stochastischen kohäsiven Zone, welche bruchmechanische Vorgänge nahe der Rissspitze faserverstärkter Materialien beschreibt. Hierbei können Eigenschaften der zufälligen Natur der Faserverstärkung wie z.B. die Verteilung der Faserlänge und -orientierung aber auch der Natur der zufälligen Lage der Fasern zueinander verwendet werden. Mit Hilfe dieser und weiterer Charakteristiken des faserverstärkten Materials kann sowie der mittlere mechanische Widerstand gegen Rissöffnung als auch die Varianz desselben berechnet werden. Damit bildet diese Arbeit eine wesentliche Erweiterung und Verallgemeinerung ähnlicher Ergebnisse aus der Vergangenheit, welche mit diesem Thema beschäftigten. Darin wird lediglich der mittlere mechanische Widerstand unter Annahme konstanter Faserlänge und isortroper Faserorientierung thematisiert. In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, dass für Materialien mit gestreuter Faserlänge diese Annahme zu erheblichen Modellierungsfehlern führen kann.
Darüber hinaus wird ein numerisches Verfahren vorgeschlagen um die erarbeiteten mathematischen Gleichungen effizient auszuwerten. Mit Hilfe der damit verbundenen Berechnungen und praktischen Messungen an faserverstärkten Materialien konnten die Ergebnisse des stochastischen Modells validiert werden.:1. Einleitung
2. Grundlagen und Begriffe
3. Stochastische Darstellung von Fasersystemen
4. Modellierung des mittleren Spannungs-Separations-Verhaltens
5. Die Varianz des Separationswiderstands
6. Monte-Carlo-Simulation der Modus-I-Separation mit Fasern
7. Experimentelle Validierung und Anwendung des stocahstischen Modells
8. Zusammenfassung und Ausblick
faserverstärkt, Material, Stochastik, Statistik, Modellierung
composite materials, fiber reinforcement, stochastic model, cohesive zone model, stochastic geometry
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Faserverbundwerkstoff
Rissausbreitung
Monte-Carlo-Simulation
Stochastisches Modell
Metallpulver
Polypropylen
Matthes, Sascha
Technische Universität Freiberg
2020-06-26
2020-12-09
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2021-04-20
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2023-06-02T04:41:54Z
qucosa:tud
doc-type:Text
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openaire
Global Hydrogen Infrastructure Transport Model in 2050: A model-based analysis of green hydrogen trade
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-855424
eng
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-855326
qucosa:85532
The consequences of the climate crisis and the increasing energy demand make the energy transi-tion crucial and necessary. Green hydrogen has a significant potential for a low-carbon energy transition. New policies and strategies emerge in line with energy transition and hydrogen poli-cies.
This study has presented a model-based outline for the global green hydrogen supply and trade infrastructure in 2050 focusing on supply cost and potential using a cost minimization linear pro-gramming (LP) model which is implemented in the General Algebraic Modeling System (GAMS) with two scenarios. The results of the Hydrogen Policies Scenario are presented which examines today's hydrogen strategies and initiatives, as well as where the evolution of current technologies could take the hydrogen and energy sectors in 2050. The global hydrogen trade volume reaches 605 Mt (megaton) hydrogen trade per year, with North Africa dominating at 210 Mt. In conclusion, solar power and pipeline infrastructure will be the decisive force of the expansion of the global hydrogen trade.:Concept
Methods
Hydrogen Policies
Conclusion
Results
StuFoExpo 2022, climate crisis, energy transition, global green hydrogen supply
StuFoExpo 2022, Klimakrise, Energiewende, globale grüne Wasserstoffversorgung
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Avşar, Alperen
Technische Universität Dresden
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2023-05-30
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2023-06-05T07:29:54Z
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doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
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openaire
Beitrag zur Beschreibung des Betriebsverhaltens und der Modellierung von Kompaktier-Granulierkreisläufen
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-856865
ger
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird die Kompaktier-Granulierung von Kalisalzen zur Herstellung von Düngemittelgranulat experimentell untersucht und ein Modellansatz zur Beschreibung von derartigen Kreisläufen abgeleitet. Bei der Kompaktier-Granulierung wird fein-disperses Kalisalz mit Hilfe von Walzenpressen zu sogenannten Schülpen verpresst. Diese werden durch nachfolgende Zerkleinerung und Klassierung zu Düngemittelgranulat (enge Partikelgrößenklasse, wie beispielsweise 2 – 4 mm) verarbeitet. Basierend auf halb-industriellen Kreisläufen werden im vorliegenden Beitrag wesentliche Prozesswechselwirkungen zwischen Kompaktierung, Zerkleinerung und Klassierung ausgearbeitet. Detailuntersuchungen zeigen, dass sich insbesondere die Schülpenfestigkeiten wie auch die schüttgutmechanischen Eigenschaften des Pressenaufgabegutes im Kreislaufbetrieb ändern. Darauf aufbauend wird ein Modellansatz abgeleitet der die Abschätzung des Kreislaufbetriebs erlaubt.
Kompaktier-Granulierung, Düngemittelgranulat, Kreislaufschaltung
compaction-granulation circuit for fertilizer, potash fertilizer circuit, compaction-granulation circuit modelling
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Kompression
Granulieren
Kalisalze
Modellierung
Walzenpresse
Schüttgut
Düngemittel
Zerkleinern
Klassieren
Maßstabübertragung
Betriebsverhalten
Hammermühle
Schönfeld, Patrick
Lieberwirth, Holger
Rosenkranz, Jan
Technische Universität Bergakademie Freiberg
2022-08-05
2023-03-16
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2023-06-05
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doc-type:doctoralThesis
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2023-08-10T06:32:01Z
qucosa:tubaf
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
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ddc:660
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openaire
Study of the hydrothermal aging of Pd/γ-Al2O3 catalysts for lean CO oxidation
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-864610
eng
To limit the environmental impact from fuel based transport of goods and mobility, the knowledge-based improvement of the hydrothermal long-term stability of Pd exhaust catalysts is demanded. Thus, the present study evaluates the performance of hydrothermally aged Pd/gamma-Al2O3 powder catalysts on lean CO oxidation (60-200°C) in the presence of H2O, and discusses structure-activity correlations. A decline in the number of Pd surface sites is quantified with growing aging temperature (650-950°C), and correlates with the decrease in the CO oxidation activity in transient state. However, unexpected shifts in the activation energy of the steady state CO oxidation are observed for the different aging temperatures and total time on stream. The characterization of the active Pd sites of the aged and non-aged catalysts before and after the CO oxidation indicate that the oxidation state of Pd changes during the lean and wet CO oxidation. The observed trends of the oxidation state of Pd correlate with the determined variations of the activation energy, successfully elucidating structure sensitivity of the CO oxidation at temperatures of 750°C or higher, and with changing total time on stream.:1 Introduction and aims
2 Fundamentals
2.1 Emissions from combustion engines
2.2 Diesel exhaust after-treatment systems
2.3 Pd catalysts for CO oxidation
2.3.1 Characterization and CO oxidation activity of Pd catalysts
2.3.2 Mechanism of the CO oxidation on Pd catalysts
2.3.3 Influence of H2O on the CO oxidation on Pd catalysts
2.3.4 Structure sensitivity of the CO oxidation on Pd catalysts
2.4 Thermal and hydrothermal aging of supported Pd catalysts
2.4.1 Sintering and phase transformations of γ-Al2O3
2.4.2 Sintering of Pd in supported catalysts
2.4.3 Kinetic modelling of the CO oxidation on aged Pd catalysts
3 Materials and methods 37
3.1 Preparation of the Pd/γ-Al2O3 catalyst
3.2 Hydrothermal aging of the catalyst
3.3 Performance of the catalytic CO oxidation
3.3.1 Temperature-programmed CO oxidation
3.3.2 Steady state CO oxidation
3.4 Characterization of the catalysts
3.4.1 N2 physisorption
3.4.2 Temperature-programmed desorption of H2
3.4.3 Scanning transmission electron microscopy
3.4.4 X-ray diffraction
3.4.5 X-ray photoelectron spectroscopy
4 Results and discussion
4.1 Transient CO oxidation activity of the non-aged and aged Pd/γ-Al2O3
catalysts
12 Contents
4.2 Quantification of the active sites of the non-aged and aged Pd/γ-Al2O3
catalysts
4.2.1 Number of Pd surface sites
4.2.2 Pd particle sizes
4.2.3 Pd crystallite sizes
4.2.4 Content of surface Pd
4.2.5 Comparative discussion of the quantification of the active sites
4.3 Investigation of the aging mechanism of the Pd/γ-Al2O3 catalysts
4.4 Steady state CO oxidation kinetics of the non-aged and aged Pd/γ-Al2O3
catalysts
4.4.1 Activation energy of the steady state CO oxidation and discussion
of structure sensitivity
4.4.2 Dispersion of Pd after the steady state CO oxidation
4.4.3 Oxidation state of Pd after the steady state CO oxidation
4.4.4 Comparative discussion of the transient and steady state CO
oxidation activity
4.5 Summarizing discussion of the structure-activity correlations of the nonaged
and aged Pd/γ-Al2O3 catalysts for CO oxidation
5 Conclusions and outlook
Bibliography
List of Figures
List of Tables
A Annexes
palladium, CO oxidation, hydrothermal aging
Palladium, CO-Oxidation, hydrothermale Alterung
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Abgaskatalysator
Effizienz
Aktivierungsenergie
Temperatur
Verweilzeit
Desorption
Temperaturprogrammierung
Raster-Transmissions-Elektronenmikroskopie
Röntgendiffraktometrie
Röntgen-Photoelektronenspektroskopie
Revilla Nebreda, María Consuelo
Kureti, Sven
Joseph, Yvonne
Technische Universität Bergakademie Freiberg
2022-10-06
2022-12-16
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2023-07-31
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2023-08-24T04:33:25Z
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ddc:530
ddc:660
ddc:670
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openaire
Role of sizing agent on the microstructure morphology and mechanical properties of mineral-impregnated carbon-fiber (MCF) reinforcement made with geopolymers
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-760768
eng
0169-4332
150740
10.1016/j.apsusc.2021.150740
This report deals with the influence of different sizing agents on carbon fiber (CF) heavy tows towards their impregnation with a geopolymer (GP) suspension and resulting properties of mineral-impregnated carbon-fiber composites (MCF) produced in an automated, continuous process. Three different commercial CFs were investigated after treatment with either thermoplastic, epoxy, or vinyl-ester sizing agents and then compared to unsized CFs. During impregnating, diverse yarn-spreading behavioral modes and degrees of wetness were observed, indicating different degrees of impregnation, both in quality and quantity. All sizing agents decreased the hydrophobic nature of unsized CFs significantly. Supported by microscopic investigation, water contact angle measurement, and thermal gravimetric and mercury intrusion porosity, the epoxy sizing showed the best fiber-matrix distribution over the cross-section and a dense microstructure. Moreover, in single-fiber pullout tests each sizing brought about a significant increase in maximum pullout force, indicating enhanced bond between fiber and matrix. This is attributed to more intense interaction in the interfacial region, fully corroborating the topological characteristics obtained in microscopic analysis. With higher interfacial bond strength, the thermoplastic sizing enabled the highest tensile properties of MCF despite slightly less impregnation quality in comparison with epoxy-sized samples.:Abstract
Keywords
1. Introduction
2. Materials and methods
2.1. Raw materials
2.2. Preparation of the mineral-impregnated carbon fiber composites (MCF)
2.3. Single-fiber pullout tests
2.4. Characterization of fresh state properties of MCF
2.5. Mechanical testing of MCF
2.6. Analytical and morphological characterization
3. Results and discussion
3.1. Characterization of CF yarns
3.2. Characterization of yarn processing
3.3. Morphological and analytical characterization of MCF
3.4. Bending behavior of MCF
3.5. Pullout behavior of carbon fibers
3.6. Uniaxial tensile behavior of MCF
3.7. Microscopic analysis of the fracture surfaces of MCF
4. Summary and conclusions
CRediT authorship contribution statement
Declaration of Competing Interest
Acknowledgment
References
Carbon-fiber, Mineral impregnation, Geopolymer, Reinforcement, Fiber sizing
Kohlefaser, Mineralimprägnierung, Geopolymer, Verstärkung, Faserschlichte
info:eu-repo/classification/ddc/670
ddc:670
info:eu-repo/classification/ddc/530
ddc:530
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ddc:660
Zhao, Jitong
Liebscher, Marco
Tzounis, Lazaros
Mechtcherine, Viktor
Elsevier
2021
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2023-08-24
info:eu-repo/grantAgreement/Europäischer Sozialfonds/Richtlinie des Sächsischen Staatsministeriums für Wissenschaft und Kunst zur Förderung von aus dem Europäischen Sozialfonds mitfinanzierten Vorhaben in den Bereichen Hochschule und Forschung im Freistaat Sachsen für die Förderperiode 2014 - 2020/100380876//LIP/KAKO 2019_TUD
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2023-09-01T06:29:37Z
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doc-type:doctoralThesis
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openaire
Numerische Untersuchung der Rayleigh-Bénard-Konvektion in einem Flüssigmetall unter dem Einfluss einer zeitlich modulierten gezeitenartigen Kraft
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-868321
ger
10.14278/rodare.2459
In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass die numerischen simulationen einer freien Rayleigh-Bénard-Konvektion und einer rein elektromagnetisch angetriebenen gezeiten-artigen Strömung in einem stehenden zylindrischen Volumen mit einem Seitenverhältnis Г = D/H = 1 und seitlich angelegten Magnetspulen eine gute Übereinstimmung mit entspre-chenden Experimenten aufweisen. Kombiniert man beide Mechanismen und moduliert die Lorentzkraft, so zeigen sich in den Frequenzspektren der Helizität in zwei Halbräumen des Volumens deutliche Maxima an der Modulationsfrequenz. Eine solche Helizitätssynchronisierung durch Gezeitenkräfte wird derzeit als mögliche Erklärung für die hohe Regularität des Sonnendynamos diskutiert. Des Weiteren wird die in freier Konvektion auftretende langsame azimutale Wanderung der Konvektionszelle unterdrückt. Der Schwingungswinkel der azimutalen Schwappbewegung nimmt dabei ab und die in der Strömung dominante Frequenz erhöht sich. Die durch die zwei unterschiedlichen Antriebsmechanismen erzeugten Strömungsstrukturen bleiben in der Strömung eigenständig erhalten und treten in gegenseitige Interaktion.:1. Einleitung
2. Grundlagen
2.1. Rayleigh-Bénard-Konvektion
2.2. MHD - Magnetohydrodynamik
2.3. Wichtige Aspekte des numerischen Modells
3. Modellerstellung
3.1. Geometrie
3.2. Numerisches Modell
3.2.1. Elektromagnetisches Modell in Opera
3.2.2. Modell der Strömungsberechnung in OpenFOAM
4. Ergebnisse
4.1. Ergebnisse der freien Rayleigh-Bénard-Konvektion
4.2. Ergebnisse der nichtmodulierten elektromagnetischen Strömungsanregung ohne Temperaturgradient
4.3. Ergebnisse der zeitmodulierten elektromagnetischen Strömungsanregung ohne Temperaturgradient
4.4. Ergebnisse der elektromagnetisch beeinflussten Rayleigh-Bénard-Konvektion
4.4.1. Auswirkung der elektromagnetischen Beeinflussung auf die Strömungsstruktur
4.4.2. Vergleich ausgewählter Ergebnisse der numerischen Untersuchung und des Experimentes
4.4.3. Auswirkung der elektromagnetischen Beeinflussung auf die Helizität
5. Zusammenfassung und Fazit
Rayleigh-Benard-Konvektion, Magnetrohydrodynamik, Flüssigmetallströmung, CFD, elektromagnetische Anregung
Rayleigh-Bénard convection, magnetohydrodynamics, liquid metal flow, CFD, electromagnetic forcing
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Lorentz-Kraft
Helizität <Elementarteilchenphysik>
Magnetohydrodynamik
Sonnenaktivität
Eutektische Legierung
Strömung
Sonne
Dynamo
Numerische Strömungssimulation
Bénard-Effekt
Dissipative Struktur
Konvektion
Kraft
Konvektionszelle
Gezeitenkraft
Röhrborn, Sebastian
Schwarze, Rüdiger
Fieback, Tobias
Technische Universität Bergakademie Freiberg
2023-01-24
2023-08-14
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2023-09-01
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2023-09-13T06:19:28Z
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openaire
Numerical Modeling of High-Pressure Partial Oxidation of Natural Gas
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eng
High-Pressure Partial Oxidation (HP-POX) of natural gas is one of the techniques in the synthesis gas production by non-catalytic reforming. On the path to emissions reduction, all operating facilities must be optimized to satisfy environmental regulations. In a rapidly changing economic and political environment, technological development from lab-scale to demo-scale, and industrial-scale is no longer feasible. Therefore, new research and design methods must be applied. One of such methods commonly used in science and industry is numerical modeling, which utilizes Computational Fluid Dynamics (CFD), Reduce Order Models (ROMs), kinetic, and equilibrium models.
The CFD models provide details about flow field, temperature distribution, and species conversion. However, the computational effort required to conduct such calculations is significant. The computationally expensive CFD models cannot be effectively used in the reactor optimization. Herewith, other modeling techniques utilizing kinetic and equilibrium models do not provide necessary details for process optimization and can only be used for adjustments of boundary conditions, investigation of specific processes occurring in the reactor, or development of sub-models for CFD.
A numerical investigation was conducted to validate existing CFD models against benchmark experiments. The results reveled that the CFD model is sensitive to modeling parameters, when simulating complex flows where turbulence-chemistry interaction occurs. Moreover, it was shown that the results sensitivity increases along with the oxidizer/fuel inlet velocities ratio. Based on the conducted experiments, the CFD model validation resulted in definition of the modeling parameters suitable for modeling of HP-POX of natural gas.
Based on the validated CFD model, a ROM for HP-POX of natural gas was developed. The model assumes that the reactor consists of several zones characterized by specific conversion processes. Moreover, the model considers inlet streams dissipation upon the injection, and includes several optimization stages that allows model adjustments for any reactor geometry and boundary conditions. It was shown that the developed ROM can reproduce global reactor characteristics at non-equilibrium conditions unlike other ROMs, kinetic, or equilibrium models. Moreover, the validation against CFD results showed that the ROM can correctly account for the \gls{rtd} in the reactors of different geometries and volumes without extensive additional optimization.
Finally, new experiments were designed and conduced at semi-industrial HP-POX facility at TU Bergakademie Freiberg. The experiments aimed to study the influence of different oxidizer/fuel velocities ratios on the reactants mixing and process characteristics at high operating pressures. The high velocity difference between oxidizer and fuel was achieved by injection of High-Velocity Oxidizer (HVO). The experiments showed no significant influence of the HVO on the global reactor characteristics and overall species conversion process. However, the numerical analysis of the experimental results demonstrated that the oxidation zone is affected by the oxidizer inlet velocity, and becomes less efficient in the fuel conversion when the oxidizer/fuel inlet velocities ratio is increased.
In summary, a sophisticated numerical model validation was conducted and sensitivity of the numerical results to the modeling parameters was carefully studied. The novel natural gas conversion technique was experimentally studied. Based on the conducted experiments and numerical evaluation a ROM was developed. The ROM is capable of producing high accuracy results and greatly decreases the computational effort and time needed for reactor development and optimization.
CFD, ROM, POX, Natural Gas, MILD
CFD, ROM, POX, Erdgas, MILD
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Numerische Strömungssimulation
Modellierung
Turbulente Strömung
Validierung
Optimierung
Analyse
Vergasung
Chemischer Reaktor
Steamreforming
Wärmestrahlung
Rezirkulation
Voloshchuk, Yury
Richter, Andreas
Ortwein, Andreas
Technische Universität Bergakademie Freiberg
2022-07-12
2022-11-21
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2023-09-13
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2023-09-21T09:20:22Z
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ddc:620
ddc:621.3
ddc:660
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openaire
Application possibilities and performance of forward osmosis in industrial water management
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-724332
1740862767
eng
Membrane filtration processes such as micro-, ultra- and nanofiltration as well as reverse osmosis are frequently used in industrial water treatment and waste water treatment. They use a high physical pressure difference as a driving force to press water through a semi-permeable membrane and produce purified water. For this reason, large amounts of energy are required. In contrast, forward osmosis is an innovative membrane filtration process that uses the naturally occurring osmotic pressure gradient between two liquids to generate the water flow through the semi-permeable membrane. In forward osmosis, one liquid with low osmotic pressure is concentrated (so-called Feed Solution) and a second liquid is diluted (so-called Draw Solution). If 'pure' water is to be obtained, a second treatment stage is necessary to regenerate the draw solution. Due to its natural driving force, forward osmosis offers the potential for energy-efficient treatment of water from various sources. This makes it a promising process for further concentration of aqueous product and waste water streams. For this reason, the application possibilities and the potential of forward osmosis in the industrial water sector were examined in more detail within the scope of this thesis.
Within laboratory tests, forward osmosis treatment of different liquid streams of a dairy, an automobile production as well as a semiconductor production was examined. The core of the laboratory test set-up was a membrane test cell for flat sheet membranes with an effective membrane area of 48 cm². Special forward osmosis membranes from various manufacturers were used. The feed and draw solutions were circulated and increasingly concentrated or diluted during the course of the experiment. The permeate flow was determined by recording the change in mass. Conductivity measurements as well as analyses of the examined waters before and after the experiments allowed conclusions to be drawn about possible solute diffusion through the membrane. In addition to the laboratory tests, a model was developed and validated to simulate the experiments. Three partially adapted models from literature were used.
The average permeate fluxes achieved in the laboratory experiments with real industrial water depended mainly on the osmotic pressure difference between feed and draw solution. The permeate fluxes were between 0.1 and 19.4 L/(m²⸱h) for the automotive industry, between 7.9 and 21.0 L/(m²⸱h) for the dairy industry and between 10.5 and 33.4 L/(m²⸱h) for the semiconductor industry. The reverse solute fluxes determined were between 37.7 and 21.3 g/(m²⸱h), between 4.1 and 12.2 g/(m²⸱h) and between 8.0 and 40.9 g/(m²⸱h). Within modelling, the tests with waters from automobile production were simulated. For the most part, the permeate fluxes could be well represented. The calculation of the reverse solute fluxes sometimes showed large deviations from the actual measurements. Standardized membrane performance tests were used to evaluate
the development of permeate flux and to indicate fouling. Depending on the substances contained in the water, fouling occurred in the test series. In addition, deposits on the membrane surface were visible in some tests. However, the visible deposits did not always lead to a decrease in permeate flow. In an exemplary cleaning test, the membrane performance could be restored by rinsing with sodium hydroxide solution and hydrochloric acid.
As a result of this thesis, different forward osmosis application scenarios in the examined industrial enterprises could be developed. For economic reasons, those scenarios in which both the feed and the draw solution are industrial waters and two liquids are treated simultaneously in one step are of particular interest. The use of an artificial Draw Solution and its treatment is unnecessary in this case. Such application scenarios could be derived for dairy and semiconductor production. No suitable Draw Solution could be identified in the investigated automobile production, which is why only applications with an artificial Draw Solution are conceivable here. In general, the critical points when using forward osmosis are the reverse solute flux through the membrane, the deterioration of the membrane performance due to fouling and the economic efficiency of the process. More in-depth investigations are required here.
Membranfiltrationsverfahren wie die Mikro-, Ultra- und Nanofiltration sowie die Umkehrosmose werden häufig in der industriellen Wasseraufbereitung sowie Abwasserbehandlung eingesetzt. Sie nutzen einen hohen physikalischen Druck-unterschied als Triebkraft, um Wasser durch eine semipermeable Membran zu pressen und gereinigtes Wasser zu erzeugen. Dafür sind große Energiemengen nötig. Im Gegensatz dazu ist die Vorwärtsosmose ein innovatives Membranfiltrationsverfahren, welches den natürlich vorkommenden osmotischen Druckgradienten zwischen zwei Flüssigkeiten nutzt, um einen Wasserfluss durch die semipermeable Membran zu erzeugen. Dabei wird eine Flüssigkeit mit niedrigem osmotischen Druck aufkonzentriert (sog. Feed Solution) und eine zweite Flüssigkeit verdünnt (sog. Draw Solution). Soll „reines“ Wasser gewonnen werden, ist eine zweite Aufbereitungsstufe zur Regeneration der Draw Solution notwendig. Durch die natürliche Triebkraft bietet die Vorwärtsosmose das Potenzial zur energieeffizienten Behandlung von Wässern verschiedener Herkunft. Damit ist sie ein vielversprechendes Verfahren zur weitergehenden Aufkonzentrierung von wässrigen Produkt- und Abwasserströmen. Aus diesem Grund wurden die Einsatzmöglichkeiten und das Potenzial der Vorwärtsosmose im industriewasser-wirtschaftlichen Bereich im Rahmen dieser Arbeit näher untersucht.
Im Rahmen von Laborversuchen wurde die Aufbereitung von verschiedenen Flüssigkeitsströmen einer Molkerei, einer Automobilproduktion sowie einer Halbleiter-fertigung mittels Vorwärtsosmose untersucht. Kernstück der Laborversuchsanlage war eine Membrantestzelle für Flachmembranen mit einer wirksamen Membranfläche von 48 cm². Zum Einsatz kamen spezielle Vorwärtsosmosemembranen verschiedener Hersteller. Die genutzten Feed und Draw Solutions wurden im Kreislauf geführt und im Versuchsverlauf zunehmend aufkonzentriert bzw. verdünnt. Über die Erfassung der Masseänderung wurde der Permeatfluss bestimmt. Leitfähigkeitsmessungen sowie Analysen der untersuchten Wässer vor und nach den Versuchen ließen Schlussfolgerungen über eventuell auftretende Stoffdiffusion durch die Membran zu. Zusätzlich zu den Laborversuchen wurde ein Modell zur Simulation der Experimente erstellt und validiert. Dabei wurden drei, teilweise adaptierte, Modellansätze aus der Literatur verwendet.
Die durchschnittlichen Permeatflüsse, welche bei den Laborversuchen mit reellen industriellen Wässern erreicht wurden, hingen vorrangig von der osmotischen Druckdifferenz zwischen Feed und Draw Solution ab. Die Permeatflüsse lagen für die Automobilindustrie zwischen 0,1 und 19,4 L/(m²⸱h), für die Molkerei zwischen 7,9 und 21,0 L/(m²⸱h) und für die Halbleiterindustrie zwischen 10,5 und 33,4 L/(m²⸱h). Die ermittelten Salzrückflüsse betrugen zwischen 37,7 und 21,3 g/(m²⸱h), zwischen 4,1 und
12,2 g/(m²⸱h) sowie zwischen 8,0 und 40,9 g/(m²⸱h). Im Rahmen der Modellierung wurden die Versuche mit Wässern der Automobilproduktion nachgebildet. Dabei konnten die Permeatflüsse größtenteils gut dargestellt werden. Die Berechnung der Salzrückflüsse wies gegenüber den tatsächlichen Messungen mitunter große Abweichungen auf. Durch standardisierte Membranleistungstests konnte die Entwicklung des Permeatflusses evaluiert und Fouling nachgewiesen werden. In Abhängigkeit der Wasserinhaltsstoffe trat Fouling in den Versuchsreihen auf. Zusätzlich waren bei einigen Versuchen Ablagerungen auf der Membranoberfläche sichtbar. Jedoch führten die sichtbaren Ablagerungen nicht in allen Fällen zu einem Rückgang des Permeatflusses. In einem exemplarisch durchgeführten Reinigungsversuch konnte die Membranleistung durch Spülprozesse mit Natronlauge und Salzsäure wiederhergestellt werden.
Als Ergebnis der Arbeit konnten verschiedene Anwendungsszenarien für den Einsatz der Vorwärtsosmose in den untersuchten Industriebetrieben entwickelt werden. Hierbei sind aus wirtschaftlichen Gründen vor allem jene Szenarien interessant, bei denen sowohl die Feed als auch die Draw Solution industrielle Wässer sind und zwei Flüssigkeiten simultan in einem Schritt aufbereitet werden. Der Einsatz einer künstlichen Draw Solution und deren Aufbereitung ist in diesem Fall unnötig. Solche Anwendungsszenarien konnten für die Molkerei sowie die Halbleiterherstellung abgeleitet werden. In der untersuchten Automobilproduktion konnte keine geeignete Draw Solution identifiziert werden, weshalb hier lediglich Anwendungen mit einer künstlichen Draw Solution denkbar sind. Als kritische Punkte beim Einsatz der Vorwärtsosmose stellten sich der auftretende Salzrückfluss durch die Membran, die Verschlechterung der Membranleistung durch Fouling sowie die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens heraus. Hier besteht weitergehender Forschungsbedarf.
forward osmosis, industrial water management, dairy, automobile, semiconductor
Vorwärtsosmose, Industriewasserwirtschaft, Molkerei, Automobilindustrie, Halbleiterindustrie
info:eu-repo/classification/ddc/620
ddc:620
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Haupt, Anita
Lerch, André
Geißen, Sven-Uwe
Cornelissen, Emile
Technische Universität Dresden
2019-11-19
2020-06-23
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2020-10-09
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2023-11-06T08:04:57Z
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openaire
Measurement of thermodynamic data at elevated pressure and temperature conditions with a microfluidic setup
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eng
With this thesis, I present an experimental study focusing on the provision of thermodynamic data of fluids at elevated pressure and temperature conditions. Hereby a microcapillary setup that is equipped with an in situ Raman Spectroscopy unit as well as with a high-speed camera, was further improved within the scientific employment of the author. The setup consists in principle of a fused-silica microcapillary embedded in a heating block, which is furthermore connected to high pressure syringe pumps.
Pure compounds and mixtures were studied with the microfluidic setup and different thermodynamic properties were determined. For instance, vapor pressures of Poly(oxymethylene) Dimethyl Ethers (OME3 and OME4), a potential class of renewable diesel fuels, were the first time measured for temperatures exceeding the atmospheric boiling temperature. Hereby the regarded compound is pressurized at constant temperature, from what the vapor pressure is determined optically by detecting bubble or film formation, indicating the transition from vapor to liquid state.
The main results of this thesis were however the vapor-liquid equilibria (VLE) of fuel/air-systems that were determined by in situ Raman Spectroscopy, whereby the Stokes-scattered Raman signal can be successfully separated phase-dependently by light barrier technology. A further task was the determination of saturated mixture densities of the validation system ethanol/CO2.
With this study, I intend to contribute to the scarce literature data for the studied systems and properties. Therewith I want to help to enhance the understanding of microprocesses such as the evaporation and mixing formation in diesel combustion engines.
vapor-liquid equilibria (VLE), thermodynamic data, high pressure technology, Raman spectroscopy
Dampf-Flüssigkeit-Phasengleichgewichte (VLE), Thermodynamische Daten, Hochdrucktechnologie, Raman Spektroskopie, Mikrofluidik
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ddc:660
Messtechnik
Hochdruck
Hochtemperatur
Optische Messtechnik
Raman-Spektroskopie
Lichtschranke
Sauerstoff
Stickstoff
Konzentration
Flüssiger Zustand
Gasphase
Aggregatzustand
Thermodynamik
Fechter, Michael Hubertus Horst
Bräuer, Andreas S.
Schwarz, Cara
Technische Universität Bergakademie Freiberg
Universitätsbibliothek Freiberg
2023-07-05
2023-08-24
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2023-11-06
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2023-11-28T10:10:59Z
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ddc:600
ddc:620
ddc:621.3
ddc:660
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openaire
Einfluss auf Emissionen und Gerüche im Eisenguss: Haupteinflussparameter auf die chemischen und olfaktometrischen Emissionen aus chemisch gebundenen Gießerei-kernbindemitteln im Bereich Eisengießerei
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-879377
1871458757
ger
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-38419
qucosa:812
Die Schriftenreihe beschreibt eine Möglichkeit, Emissionen von Cold-Box-Kernbindersystemen, insbesondere von Gerüchen, zu ermitteln. Es werden verschiedenen in Praxis übliche Kernbindersysteme untersucht. Die Emissionen werden quantifiziert und es werden Minderungsmöglichkeiten aufgezeigt.
Redaktionsschluss: 3.7.2023
Technische Universität Bergakademie Freiberg, Eisengießerei
info:eu-repo/classification/ddc/600
ddc:600
info:eu-repo/classification/ddc/620
ddc:620
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Eisenguss; Bindemittel; Emission; Olfaktometrie
Technische Universität Bergakademie Freiberg. Giesserei-Institut; Projekt; Eisengießerei; Geruchsemission
Weider, Marco
Moczigemba, Torsten
Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie (LfULG)
2023
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2023-11-28
Schriftenreihe des Landesamtes für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
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2023-12-01T08:58:44Z
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openaire
Sprühpolymerisation - Methoden zur Gestaltung eines Prozesses zur Polymerisation von Acrylsäure in einem konventionellen Sprühtrockner
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-881032
ger
10.1007/978-3-319-32370-1_20
978-3-319-32370-1
10.1002/pen.24316
Motivation dieser Arbeit ist die Weiterentwicklung des etablierten Prozesses der Sprühtrocknung, der Trocknung einer Flüssigkeit zu Partikeln mit definierter Form und Größe. Ist die zerstäubte Flüssigkeit eine reagierende Polymer- oder Monomerlösung wird der neuartige Prozess als Sprühpolymerisation bezeichnet. Da die Verweilzeiten in einem Sprühtrockner gering sind, wird die hochreaktive radikalische Kettenpolymerisation von Acrylsäure und Acrylaten im Lösungsmittel Wasser untersucht. Im Fokus der Arbeit ist die Methode der Rheokinetik. Diese Methode wertet die rheologische Veränderung der reagierenden Lösung aus, sodass in dieser Arbeit die Ergebnisse der Rheokinetik zur Prozessgestaltung diskutiert werden.
Die Messungen zur Rheokinetik verschiedener Acrylatelösungen zeigen im Vergleich zur Acrylsäure geringere Viskositätsanstiege, die sich durch die geringe Reaktionsgeschwindigkeit in der pH-neutralen Lösung der Acrylate erklären lässt. Die Theorie zur Rheokinetik lässt sich nur auf die Acrylsäure anwenden, da diese überwiegend neutrale Polymerlösungen bildet und die Viskositätsfunktion über die Zeit mit einer Potenzfunktion beschrieben werden kann. Das Ergebnis ist ein empirisches Modell, was die Induktionszeit und den Viskositätsanstieg, der mit dem Umsatz der Reaktion korreliert, über die Zeit beschreibt. Die numerische Modellierung, die die Polymerisation und Trocknung des Einzeltropfens beschreibt, zeigt abschließend, dass eine Konditionierung des Trocknungsgases sowie eine Vorreaktion vor der Sprühpolymerisation anzustreben sind, damit der Prozess in einem konventionellen Sprühtrockner erfolgreich wird.:1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Sprühpolymerisationsverfahren
2.1.1 Trocknung am Einzeltropfen
2.2 Rheologische Eigenschaften von Flüssigkeiten im Viskosimeter und Rheometer
2.2.1 Messmethoden der Scherviskosität
2.3 Charakterisierung der Monomere
2.4 Polymerisation von Acrylsäure bzw. Acrylaten
2.4.1 Radikalische Lösungspolymerisation
2.4.2 Überblick über die Reaktionskinetik der radikalischen Polymerisation
2.4.3 Weitere Reaktionstypen bei der radikalischen Polymerisation
2.4.4 Einfluss des Lösungsmittels auf die radikalische Polymerisation
2.4.5 Einflüsse auf die Terminierung bei der radikalischen Polymerisation
2.4.6 Übersicht zur Messung der Kinetik bei Polymerisationen
2.4.7 Momentenmethode zur Berechnung der Polymerisation
2.5 Charakterisierung der Polymere
2.5.1 Polymere im Lösungsmittel
2.5.2 Skalierungstheorie nach de Gennes von Polymeren in Lösungsmitteln
2.5.3 Messmethoden der molaren Masse von Polymeren in Lösungsmitteln
2.5.4 Viskosität von Polymerlösungen
2.5.5 Intrinsische Viskosität von Polymerlösungen
2.6 Rheokinetik
3 Experimentelle Methoden
3.1 Material – Monomere und Polymere
3.1.1 Neutralisation von Acrylsäure zur Herstellung der Acrylate
3.1.2 Stoffwerte von Acrylsäure und Wassermischungen
3.1.3 Versuchsvorbereitung und Versuchsplan
3.2 Messmethodik der Rheokinetik
3.2.1 Versuchsdurchführung
3.2.2 Berücksichtigung der Verdunstung aus dem Probevolumen
3.2.3 Bestimmung von Umsatz und Polymerisationsgrad
4 Ergebnisse zur Rheokinetik
4.1 Rheokinetik am wässrigen System mit Acrylsäure bzw. Acrylaten
4.1.1 Erläuterung zur Auswertungsprozedur an verschiedenen Rohdaten
von Acrylsäure und Acrylaten
4.1.2 Ergebnisdiskussion zur Rheokinetik bei wässrigen Acrylsäure- bzw.
Acrylatlösungen
4.2 Rheokinetik mit Modellbildung zur Polymerisation wässriger Acrylsäure
Lösungen
4.2.1 Empirisches Modell zur Funktion η(t)
4.2.2 Modellierung der Rheokinetik
4.2.3 Bewertung der Rheokinetik durch Messungen von Umsatz und
Viskosität im Rheometer
5 Numerische Modellierung von Reaktion und Trocknung
5.1 Numerische Modellierung der Reaktion im Rheometer
5.1.1 Ergebnisse der Momentenmethode für die Reaktion im Rheometer
5.2 Numerische Modellierung zur Reaktion im Sprühtrockner
5.2.1 Ergebnisse der Modellierung am Tropfen
6 Zusammenfassung und Ausblick
6.1 Ergebnisse zur Rheokinetik
6.2 Numerische Modellierung
6.3 Ausblick
Rheologie, Polymerisation, Rheokinetik, Sprühpolymerisation, Acrylsäure
rheology, polymerization, rheokinetics, spray polymerization, acrylic acid
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ddc:660
Polymerisation
Zerstäubungstrocknung
Acrylsäure
Prozessentwicklung <Technik>
Rheologie
Polymerlösung
Numerisches Modell
Tewes, Magnus
Peuker, Urs A.
Fritsching, Udo
Technische Universität Bergakademie Freiberg
2023-03-04
2023-08-25
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2023-12-01
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2024-01-10T08:52:11Z
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doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
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ddc:660
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openaire
Modellgestützte Optimierung von Hochtemperatur-Konversionsprozessen: Potenziale und Einsatzgrenzen
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-887108
ger
10.1016/j.powtec.2021.01.072
10.1016/j.compchemeng.2017.09.008
10.1016/j.jclepro.2022.132053
Hochtemperatur-Konversionsprozesse sind ein wesentlicher Bestandteil von industriellen Produktionsprozessen, die maßgeblich den Prozesswirkungsgrad und die Produktionskosten beeinflussen. Die modellgestützte Optimierung ermöglicht eine gezielte Verbesserung verschiedener Parameter unter Berücksichtigung von prozesstechnischen, ökonomischen und ökologischen Aspekten. Bisher existiert in der Literatur kein Vergleich der Einsatzmöglichkeiten verschiedener Modellierungsmethoden zur modellgestützten, multikriteriellen Optimierung von Hochtemperatur-Konversionsprozessen. Daher werden in dieser Arbeit drei exemplarische Konversionsprozesse mit unterschiedlichen Modellierungsmethoden optimiert und anhand der Ergebnisse die Potenziale und Einsatzgrenzen für die modellgestützte Optimierung bewertet. Die Modellierung eines Wirbelschichtvergasers zeigt, dass detaillierte CFD-Modelle für komplexe mehrphasige Prozesse zu rechenaufwändig sind. Hingegen ist für einfache einphasige Prozesse wie ein Quench-Reaktor die Optimierung mit reduzierten CFD-Modellen realisierbar. Die Integration von Ersatzmodellen beschleunigt das Optimierungskonzept bei gleicher Ergebnisqualität, was die Optimierung von komplexen Prozessen für einfache Optimierungsprobleme ermöglicht. Die Optimierung der Partialoxidation von flüssigen Einsatzstoffen zur Methanolproduktion zeigt, dass sich Fließbildmodelle gut zur Optimierung von vollständigen Produktionsprozessen und komplexen Optimierungsproblemen eignen. Die Ergebnisse dieser Arbeit können als Basis für die Erstellung von Modellierungs- und Optimierungskonzepten für weitere Hochtemperatur-Konversionsprozesse genutzt werden.
Multikriterielle Optimierung, Computational Fluid Dynamics, Fließbildmodell, Ersatzmodell, Response Surface Method, Konversionsprozess
Multi-objective optimization, Computational Fluid Dynamics, Flowsheet Modeling, Response Surface Method, High temperature conversion process
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Hochtemperatur
Numerische Strömungssimulation
Optimierung
Modellierung
Fließbild
Umwandlung
Wirbelschichtvergasung
Mehrphasensystem
Quenching
Chemischer Reaktor
Methanolherstellung
Rößger, Philip
Richter, Andreas
Alobaid, Falah
Technische Universität Bergakademie Freiberg
2023-08-02
2023-11-17
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2024-01-10
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doc-type:doctoralThesis
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2024-01-11T13:12:37Z
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openaire
The effect of ultrafine particles on the interfacial and hydrodynamic properties of multiphase systems
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-889530
1877922080
eng
Ultrafine particles are relevant to many practical applications, including froth flotation, emulsion and foam formation, printing, and drug delivery. Such particles have tremendous effect on the interfacial and hydrodynamic properties of the multiphase systems both in static and dynamic conditions. Combining experimental and theoretical approaches, this research scrutinizes a multidisciplinary subject focusing on hydrodynamic and physicochemical characteristics of the ultrafine particles at fluidic interfaces. In particular, the effect of ultrafine particles on the (i) surface activity of the surfactants of different charges, (ii) mobility of the interfaces, and (iii) kinetics of particles attachment are investigated. In the first part of this thesis the effect of negatively charged silica nanoparticles, as model particles for ultrafine particles, on the interfacial behavior of the cationic surfactant (CTAB) is investigated using Profile Analysis Tensiometry (PAT). The results indicate that neither surfactant concentration nor NPs alone can determine the surface tension of the system, and that the ratio of surfactants to nanoparticles is the decisive factor. Below a critical ratio, the surface tension values remain relatively constant as the free surfactant molecules are completely depleted from the solution due to the formation of nanoparticle-surfactant complexes. Above this critical ratio, the number of free surfactant molecules increases as the surfactant concentration increases, causing the surface tension to decrease. In this regime, free surfactant molecules and nanoparticle-surfactant complexes coexist and can co-adsorb at the interface. This is demonstrated by combining high amplitude compression and dynamic surface tension measurements. Furthermore, the effect of negatively charged nanoparticles on the surface activity of anionic surfactant (SDBS) in an aqueous phase is studied. Although recent studies indicate that nanoparticles increase the surface activity of surfactants through electrostatic repulsive forces, it is observed that the surface activity of surfactants is mainly affected by the change in ionic strength of the system due to the presence of nanoparticles. Several characteristic parameters including the equivalent concentration of the surfactant and the critical micelle concentration (CMC) are theoretically calculated and further employed to validate experimental observations. Based on the obtained results, a criterion to estimate the possible influence of the electrostatic repulsive forces for nanoparticles of different sizes and mass fractions is introduced.
In the next step, the effect of ultrafine particles on the mobility of interfaces is investigated. The shear stress of the axisymmetric flow field triggers a nonuniform distribution of the surfactants at the surface of a rising bubble, known as stagnant cap, which gives rise to Marangoni stress that can reduce the mobility of the interface. The conditions in technological processes; however, usually deviate from the linear rise of a single bubble in a quiescent unbounded liquid. Asymmetric shear can act on the bubble surface due to the vorticity in the surrounding flow, or due to the bubble-bubble interactions, which can significantly change the surfactant distribution at the interface. To better understand this effect, Particle Image Velocimetry (PIV) is applied in an experimental setup that is specifically designed to study the hydrodynamics of bubbles and droplets and their interfacial mobility under asymmetric shear flow. Series of PIV experiments are performed with a buoyant bubble/pendant drop at the tip of a capillary placed in a defined shear flow in the presence of surfactants and nanoparticles. A direct experimental observation of the circulating flow at the interface under asymmetric shear, which prevents the formation of the typical stagnant cap is observed. The results show that the interface remains mobile under these conditions regardless of the surfactant concentration. The response of the interface to the surrounding asymmetric flow under successive reduction of the surface area revealed that in the presence of nanoparticles, a contiguous network of particles forms at the interface through densification of surface structures that can drastically change the interfacial mobility of the bubbles and drops. The immobilization is characterized by a dimensionless number, defined as the ratio of the interfacial elasticity to bulk shear forces, which provides an estimate of the interfacial forces required to impose interfacial immobility at a defined flow field.
In the last part of this thesis, the kinetics of particles attachment to a buoyant bubble is
investigated. The results showed that the technique can be used to investigate the floatability of different particles as a function of various parameters such as hydrophobicity, particle size, and number density. Furthermore, a specific setup was developed to collect the attached particles and measure their mass and size distribution after collection. For a monomodal particle system, the results indicated almost identical size distribution before and after collection with a slight shift to smaller sizes after collection. For a bimodal particle system, on the other hand, results showed that the majority of the collected particles belong to smaller fractions. Next, the effects of ultrafine particles on the kinetics of particle attachment and the distribution and mobility of particles on the bubble surface is studied. It is shown that the ultrafine particles can increase the attachment rate of fine particles and at the same time decrease their packing density. The presence of ultrafine particles at the interface strongly influenced the distribution of the fine particles on bubble surface. The effect is more pronounced for pre-compressed bubbles, where the dense layer of ultrafine particles on the bubble surface completely prevents the attachment of the fine particles. It is also observed that the mobility of the fine particles at the interface changes significantly when ultrafine particles are adsorbed on the bubble surface.
Ultrafine particles, flotation, PIV, shear flow, particle-bubble attachment, surfactant-particle interactions
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ddc:660
Eftekhari, Milad
Eckert, Kerstin
Butt, Hans-Jürgen
Technische Universität Dresden
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)
2023-03-03
2023-07-25
2024
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2024-01-11
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2024-01-17T12:14:53Z
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openaire
In situ studies of phase transitions in rapidly annealed metallic glasses and properties of obtained composites using ultrafast experimental techniques
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-889551
1878154443
eng
Metallic glasses (MGs) are very attractive for structural applications due to their large elastic strain, high strength and hardness, resulting from their unique atomic structure. However, MGs are brittle. Preparing metallic glass–crystal composites (MGCCs) from parent glass through thermal treatment is a useful method to induce ductility and work hardening. Thus, besides the direct applications of as-prepared MGs, the glasses can be used as a starting material to be processed, for example, by thermoplastic forming or thermal treatment to design components with desired shape and/or properties. In this view, it is of high importance to know the phase- transformation mechanisms and kinetics upon heating MGs, especially for rapid heating, which has not been sufficiently studied yet.
CuZrAl-based alloys, with near CuZr equimolar compositions, are suitable for producing MGCCs with improved plasticity owing to their good glass-forming ability and the formation of ductile B2 CuZr phase upon crystallization. However, the crystallization mechanism(s) and products have mainly been elucidated by extrapolating the available knowledge of the binary CuZr system. In the present work, a set of complementary techniques including resistive (Joule) heating, in situ high-energy synchrotron X-ray diffraction, conventional and ultrafast differential scanning calorimetry and containerless solidification during electromagnetic levitation is used to map the phase evolution ― crystallization and solid-state phase transformations ― in Cu₄₇.₅Zr₄₇.₅Al₅, Cu₄₇.₅Zr₄₈Al₄Co₀.₅ and Cu₄₆.₅Zr₄₈Al₄Nb₁.₅ MGs during isokinetic and isothermal annealing. The resistive heating devices, custom-built at the Leibniz Institute for Solid State and Materials Research Dresden – IFW Dresden, enable heating rates Φ to range from 10¹ up to 10⁵ K s⁻¹ in a vacuum.
Using the obtained experimental data, continuous-heating-transformation (CHT) diagrams for a heating rate range exceeding six orders of magnitude, covering the entire supercooled liquid region, and time-temperature-transformation (TTT) diagrams are constructed. The transformation maps reveal the competition between the Cu₁₀Zr₇, B2 CuZr and τ4 (Cu₂ZrAl) phases during crystallization. The formation of the primary phase and transformation sequence depends on the MG composition as well as on the heating rate. The critical heating rate to bypass the crystallization increases from ~30 000 K s⁻¹ for Cu₄₇.₅Zr₄₇.₅Al₅ MG to ~40 000 K s⁻¹ for Cu₄₆.₅Zr₄₈Al₄Nb₁.₅ MG and to ~90 000 K s⁻¹ for Cu₄₇.₅Zr₄₈Al₄Co₀.₅ MG, reflecting their glass-forming ability. The optimum heating rate to obtain glass–crystal composites with the predominant and desired B2 CuZr phase is evaluated to be Φ > 1 000 K s⁻¹ for Cu₄₇.₅Zr₄₇.₅Al₅ MG, Φ > 1 500 K s⁻¹ for Cu₄₇.₅Zr₄₈Al₄Co₀.₅ MG, and Φ > 4 000 K s⁻¹ for Cu₄₆.₅Zr₄₈Al₄Nb₁.₅ MG. Cu₄₆.₅Zr₄₈Al₄Nb₁.₅ MG shows an increased propensity for the formation of brittle Cu₁₀Zr₇ intermetallic phase, compared to Cu₄₇.₅Zr₄₇.₅Al₅ and Cu₄₇.₅Zr₄₈Al₄Co₀.₅ MGs. The TTT diagram for the isothermal heating of Cu₄₆.₅Zr₄₈Al₄Nb₁.₅ shows an apparent double-nose shape which corresponds to the primary crystallization of Cu₁₀Zr₇ at lower temperatures and B2 CuZr at higher temperatures.
metallic glass, composites, mechanical testing, rapid heating
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ddc:660
Han, Xiaoliang
Nielsch, Kornelius
Kaban, Ivan
Wang, Gang
Technische Universität Dresden
2023-02-28
2023-12-21
2024
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2024-01-11
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doc-type:doctoralThesis
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2024-01-22T12:54:48Z
qucosa:tud
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ddc:540
ddc:660
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openaire
On-surface synthesis of porous graphene nanoribbons containing nonplanar [14]annulene pores
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-881956
eng
2642-4169
10.1002/pol.20220003
The precise introduction of nonplanar pores in the backbone of graphene nanoribbon represents a great challenge. Here, we explore a synthetic strategy toward the preparation of nonplanar porous graphene nanoribbon from a predesigned dibromohexabenzotetracene monomer bearing four cove-edges. Successive thermal annealing steps of the monomers indicate that the dehalogenative aryl-aryl homocoupling yields a twisted polymer precursor on a gold surface and the subsequent cyclodehydrogenation leads to a defective porous graphene nanoribbon containing nonplanar [14]annulene pores and five-membered rings as characterized by scanning tunneling microscopy and noncontact atomic force microscopy. Although the C–C bonds producing [14] annulene pores are not achieved with high yield, our results provide new synthetic perspectives for the on-surface growth of nonplanar porous graphene nanoribbons.
cove-edge, five-membered ring, graphene nanoribbon, nanopore, on-surface synthesis
Voutenkante, fünfgliedriger Ring, Graphen-Nanoband, Nanopore, Oberflächensynthese
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ddc:530
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ddc:540
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ddc:660
Ajayakumar, M. R.
Di Giovannantonio, Marco
Pignedoli, Carlo A.
Yang, Lin
Ruffieux, Pascal
Ma, Ji
Fasel, Roman
Feng, Xinliang
Wiley-VCH GmbH
2022
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2024-01-22
info:eu-repo/grantAgreement/European Commission/Horizon2020 | ERC | ERC-COG/819698//Development of Thiophene Based Conjugated Polymers in Two Dimensions/T2DCP
info:eu-repo/grantAgreement/European Commission/H2020 | SGA-RIA/881603//Graphene Flagship Core Project 3/GrapheneCore3
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2024-01-22T13:10:52Z
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ddc:540
ddc:660
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openaire
Limited enzymatic hydrolysis of green coffee protein as a technique for preparing new functional food components
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-885990
eng
0975-8402
10.1007/s13197-022-05646-3
Valorisation of side-streams in food production has become an important booster for increased sustainability in food production. The objective of this work was to study and improve the functional properties of green coffee (GC) protein. Extraction of defatted GC meal by using PVPP slightly increased protein yield and significantly decreased the amount of covalently and non-covalently bound CQA, therefore decreasing the antioxidant activity of the meal. Peptic hydrolysis at pH 1.5 led to a significantly higher degree of hydrolysis (DH) than at pH 3. Sodium dodecylsulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) showed that the molecular weights of peptides of GC protein hydrolysates were in the range of 11–60 kDa, while peptides were in the range of 500–5000 Da using matrix-assisted laser desorption/ionization-time of flight mass spectroscopy (MALDI-TOF MS). Additionally, the enzymatic hydrolysis significantly improved the antioxidant activity of the GC protein. Finally, the results suggest that enzymatic hydrolysis with pepsin is an effective technique to provide bioactive compounds. The works presented in our manuscript may help in further exploiting the potential use of green coffee beans for food, cosmetic or pharmaceutical industry.
enzymatische Hydrolyse, Grünes Kaffeebohnenprotein, funktionelle Eigenschaften
Enzymatic hydrolysis, Green coffee bean protein, Functional properties
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ddc:660
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ddc:540
Ali, Mostafa
Rawel, Harshadrai
Hellwig, Michael
Springer
2022
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2024-01-22
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2024-01-23T10:46:03Z
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ddc:660
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openaire
Amino Functionalization Optimizes Potential Distribution: A Facile Pathway Towards High-Energy Carbon-Based Aqueous Supercapacitors
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-744423
eng
2211-2855
103987
10.1016/j.nanoen.2019.103987
Resolving the mismatch between the practical potential window (PPW) and the available capacitive potential window of supercapacitor electrodes provides a feasible way to expand the operating voltage of supercapacitors, which further boosts energy density. Here, our research unveils a unique approach to manually control the PPW of the corresponding carbon-based supercapacitors (CSCs) by rational functionalization with amino groups. The extra pair of electrons from amino N atoms naturally adsorbs cations in the electrolyte, which rationalizes the surface charge of the carbon electrode and adjusts the PPW. A remarkable voltage expansion is achieved for CSCs, from 1.4 V to its maximum limit, 1.8 V, correspondently resulting in an approximately 1-fold increase in the energy density. Importantly, such a simple strategy endows our CSCs with an outstanding maximum energy density of 7.7 mWh cm⁻³, which is not only among the best values reported for thin-film CSCs but also comparable to those reported for Li thin-film batteries. These encouraging results are believed to bring fundamental insights into the nature of potential control in energy storage devices.
Superkondensatoren, Oberflächenfunktionalisierung, Potentialverteilung, Betriebsspannung, Energiedichte
supercapacitors, surface functionalization, potential distribution, operating voltage, energy density
info:eu-repo/classification/ddc/540
ddc:540
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Yu, Minghao
Wang, Zifan
Zhang, Haozhe
Zhang, Panpan
Zhang, Tao
Lu, Xihong
Feng, Xinliang
Elsevier
2019
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2021-04-16
info:eu-repo/grantAgreement/European Commission/H2020 | SGA-RIA/785219//GrapheneCore2/Graphene Flagship Core Project 2
info:eu-repo/grantAgreement/European Commission/H2020 | ERC | ERC-POC/768930//Scalable and efficient production of functionalized, high-performance solution-processable graphene-materials/HIPER-G
info:eu-repo/grantAgreement/Deutsche Forschungsgemeinschaft/Exzellenzcluster/194636624//Zentrum für Perspektiven in der Elektronik Dresden/cfaed
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2024-02-01T13:13:01Z
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ddc:660
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openaire
Aufwertung organischer Verbindungen durch Kopplung von Elektrooxidation und Wasserstoffentwicklung
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-889691
ger
0044-8249
1521-3757
10.1002/ange.202209014
doi.org/10.1002/anie.202209014
Die elektrokatalytische Wasserspaltung gilt als die nachhaltigste und sauberste Technologie zur Produktion von H2. Leider wird die Effizienz durch die träge Kinetik der Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) an der Anode stark eingeschränkt. Im Gegensatz zur OER ist die Elektrooxidation organischer Stoffe (EOO) thermodynamisch und kinetisch günstiger. Daher hat sich die Kopplung der EOO mit der Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER) als Alternative herauskristallisiert, weil dabei die katalytische Effizienz für die H2-Produktion erheblich verbessert werden kann. Gleichzeitig können hochwertige organische Verbindungen an der Anode durch Verbesserung der Elektrooxidation erzeugt werden. In diesem Kurzaufsatz werden die aktuellsten Fortschritte und Meilensteine, die bereits bei der Kopplung der EOO mit der HER erzielt wurden, vorgestellt. Der Fokus liegt auf dem Design des Anodenkatalysators, dem Verständnis des Reaktionsmechanismus und der Konstruktion des Elektrolyseurs. Darüber hinaus werden Herausforderungen und Perspektiven in Bezug auf die künftige Entwicklung dieser innovativen Technologie aufgezeigt.
Aufwertung organischer Stoffe, Elektrokatalyse, Hybrid-Wasserelektrolyseur, Kopplung, Wasserstoffentwicklung
valorisation of organic substances, electrocatalysis, hybrid water electrolyser, coupling, hydrogen development
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ddc:540
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ddc:660
Chen, Guangbo
Li, Xiaodong
Feng, Xinliang
Wiley-VCH GmbH
2022
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2024-02-01
info:eu-repo/grantAgreement/Europäische Union/H2020 | SGA-RIA/881603//Graphene Flagship Core Project 3/GrapheneCore3
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2024-02-06T12:59:50Z
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doc-type:doctoralThesis
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Life cycle assessment of feedstock recycling processes
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eng
This study examines the ecological impact of exemplary processes for the feedstock recycling of waste fractions. It is shown that the material process efficiency of gasification and pyrolysis has a low impact on the greenhouse gas balance in the short term, but that high product yields are necessary in the long term to avoid an increasing climate impact. In a systemic context, different process routes of syngas and pyrolysis oil utilization are compared, and their efficiency and quantitative potential for greenhouse gas reduction compared to electricity-based alternatives of process direct heating of conventional processes and electrolysis-based process chains are classified. It is shown that direct utilization options with few process steps are ecologically more efficient. Feedstock recycling shows a similar reduction potential to direct heating, while the use of electrolysis-based process chains is inefficient but necessary to achieve systemic climate neutrality.:1. Introduction and outline 1
2. Life cycle assessment methodology 5
2.1. Previous LCA investigation on feedstock recycling 7
2.2. Assessment scope 9
2.3. Attributional vs. consequential LCI modelling 11
2.4. Inventory modelling consistency 12
2.5. Prospective technology assessment 13
2.6. Conclusions for the applied methodology 14
3. Process description and modelling 16
3.1. Feedstock recycling technologies 18
3.1.1. Gasification 18
3.1.2. Syngas conditioning and purification 23
3.1.3. Pyrolysis 29
3.1.4. Pyrolysis oil hydroprocessing 32
3.2. Chemical production technologies 34
3.2.1. Steam cracking 35
3.2.2. Catalytic reforming 37
3.2.3. Olefin and BTX recovery 38
3.2.4. Conventional syngas production 41
3.2.5. Methanol and methanol-based synthesis 43
3.2.6. Ammonia synthesis 48
3.3. Electric power integration options 49
3.4. Conventional waste treatment processes 53
3.4.1. Mechanical biological treatment and material recovery 54
3.4.2. Waste incineration 57
3.5. Utility processes and process chain balancing 59
3.6. Electricity and heat supply modelling 65
4. Individual assessment of feedstock recycling processes 68
4.1. Goal and scope definition 68
4.2. Life cycle inventory 68
4.3. Impact assessment 72
4.4. Interpretation 80
5. System-based assessment of feedstock recycling processes 82
5.1. Goal and scope definition 82
5.2. Life cycle inventory 86
5.2.1. Utility, background system inventory and system integration 88
5.2.2. Assessment scenario definition and parameter variation 90
5.3. Impact assessment 93
5.3.1. Framework Status Quo (FSQ) 93
5.3.2. Framework Energy Integration (FEI) 99
5.4. Interpretation 106
6. Summary and conclusion 109
6.1. Results 110
6.2. Recommendations and outlook 111
References 113
Supplementary Material 136
Gasification, Pyrolysis, Recycling, Life Cycle Assessment, Process Modelling
Vergasung, Pyrolyse, Recycling, Ökobilanzierung, Prozessmodellierung
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Pyrolyse
Vergasung
Synthesegas
Öl
Verfahrenstechnik
Minderung
Treibhausgas
Keller, Florian
Meyer, Bernd
Grunwald, Armin
Technische Universität Bergakademie Freiberg
2023-07-05
2023-12-07
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2024-02-06
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doc-type:doctoralThesis
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2024-02-13T13:25:02Z
qucosa:tud
doc-type:article
doc-type:Text
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ddc:660
openaire
Hyper-production of raw-starch-digesting enzyme by mutant fungal strain and optimisation of solid by-products: Research article
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391274317
eng
2193-6471
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-99573
qucosa:26244
Selected fungal strain for production of raw-starch-digesting enzyme by solid state fermentation was improved by sequential exposures to γ-irradiation of Co60, ultraviolet and treatments with Nmethyl-N'-nitrosoguanidine. Mutant Aspergillus sp. CXN2-3A was chosen and its production of raw-starch-digesting enzyme (RSDE) was improved 2 folds higher than that of wild type. Optimal condition for the production of the enzyme using wheat bran as the substrate was accomplished for the CXN2-3A. With the optimal fermentation condition and the solid medium supplemented with urea and NH4NO3, CoSO4, Tween 80, 1% glucose, CXN2-3A produced RSDE 19.23 folds higher than wild type cultured in pre-optimized condition and un-supplemented medium.
Chủng nấm chọn lọc sản xuất enzyme thủy phân tinh bột bằng cách lên men trạng thái rắn, chủng nấm được cải thiện bằng chiếu xạ tia cực tím, tia Co60 và các phương pháp xử lí với N-methyl-N'-nitrosoguanidine. Mutant Aspergillus sp. CXN2-3A, đã được lựa chọn để sản xuất enzyme (RSDE) thủy phân tinh bột sống cải thiện cao hơn 2 lần so với chủng dại. Điều kiện tối ưu cho việc sản xuất các enzyme bằng cách sử dụng cám, lúa mì đã được thực hiện cho CXN2-3A. Với điều kiện lên men xốp tối ưu và bổ sung urê và NH4NO3, CoSO4, Tween 80, 1% glucose, CXN2-3A đã sản xuất RSDE cao gấp 19,23 lần so với kiểu dại ở cùng điều kiện.
Aspergillus sp., N-methyl-N'-nitrosoguanidine, raw-starch-digesting enzyme, ultra violet, γ-irradiation of Co60
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ddc:660
Vu, Van Hanh
Keun, Kim
Vietnam Academy of Science and Technology
University of Suwon
Technische Universität Dresden
2013-07-15
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2024-02-13T13:34:25Z
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doc-type:Text
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ddc:660
openaire
Molecular cloning gene and nucleotide sequence of the gene encoding an endo-1,4-β-glucanase from Bacillus sp VLSH08 strain applying to biomass hydrolysis: Research article
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391422588
eng
2193-6471
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-99573
qucosa:26244
Bacillus sp VLSH08 screened from sea wetland in Nam Dinh province produces an extracellular endo-1,4-beta-glucanase. According to the results of the classified Kit API 50/CHB as well as sequence of 1500 bp fragment coding for 16S rRNA gene of the Bacillus sp VLSH 08 strain showed that the taxonomical characteristics between the strain VLSH 08 and Bacillus amyloliquefaciene JN999857 are similar of 98%. Culture supernatant of this strain showed optimal cellulase activity at pH 5.8 and 60 Celsius degree and that was enhanced 2.03 times in the presence of 5 mM Co2+. Moreover, the gene encoding endo-1,4-beta-glucanase from this strain was cloned in Escherichia coli using pCR2.1 vector. The entire gene for the enzyme contained a 1500-bp single open reading frame encoding 500 amino acids, including a 29-amino acid signal peptide. The amino acid sequence of this enzyme is very close to that of an EG of Bacillus subtilis (EU022560.1) and an EG of Bacillus amyloliquefaciene (EU022559.1) which all belong to the cellulase family E2. A cocktail of enzyme containing this endo-1,4-beta-glucanase used for biomass hydrolysis indicated that the cellulose conversion attained to 72.76% cellulose after 48 hours.
Chủng vi khuẩn Bacillus sp VLSH08 được tuyển chọn từ tập hợp chủng vi khuẩn phân lập ở vùng ngập mặn tỉnh Nam Định có khả năng sinh tổng hợp enzyme endo-1,4-beta-glucanase ngoại bào. Kết quả phân loại chủng vi khuẩn Bacillus sp VLSH08 bằng Kit hóa sinh API 50/CHB cũng như trình tự gen mã hóa 16S rRNA cho thấy độ tương đồng của chủng Bacillus sp VLSH08 và chủng Bacillus amyloliquefaciene JN999857 đạt 98%. Dịch lên men của chủng được sử dụng làm nguồn
enzyme thô để nghiên cứu hoạt độ tối ưu của enzyme ở pH 5,8 và nhiệt đô 60oC. Hoạt tính enzyme tăng 2,03 lần khi có mặt 5 mM ion Co2+. Đồng thời, gen mã hóa cho enzyme endo-1,4-betaglucanase cũng được tách dòng trong tế bào Escherichia coli sử dụng vector pCR 2.1. Gen mã hóa cho enzyme này có chiều dài 1500 bp, mã hóa cho 500 axit amin, bao gồm 29 axit amin của chuỗi peptid tín hiệu. So sánh cho thấy trình tự gen endo-1,4-beta-glucanase của chủng Bacillus sp VLSH08 có độ tương đồng cao với enzyme này của chủng Bacillus subtilis (EU022560.1) và của chủng Bacillus amyloliquefaciene (EU022559.1). Tất cả các enzyme nhóm này đều thuộc họ cellulase E2. Enzyme của chủng này cũng đã được phối trộn với các enzyme khác tạo thành cocktail để thủy phân sinh khối cho kết quả cellulose bị thủy phân 72,76% sau 48 giờ.
cellulase, endo-1,4-beta-glucanase, Bacillus, biomass hydrolysis, molecular cloning
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ddc:660
Phan, Minh Thi Tuyet
Nguyen, Viet Quoc
Le, Hy Gia
Nguyen, Thoa Kim
Tran, Man Dinh
Vietnam Academy of Science and Technology
Technische Universität Dresden
2013-07-15
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doc-type:Text
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2024-02-22T09:27:23Z
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ddc:540
ddc:660
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openaire
Synthesis and Physical Properties of Tunable Aryl Alkyl Ionic Liquids (TAAILs) Comprising Imidazolium Cations Blocked with Methyl-, Propyl- and Phenyl-Groups at the C2 Position
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-884595
eng
0947-6539
1521-3765
202202795
10.1002/chem.202202795
Imidazolium-based ionic liquids are very popular for different applications because of their low viscosity and melting point. However, the hydrogen atom at the C2 position of the imidazolium cation can easily be deprotonated by a base, resulting in a reactive carbene. If an inert ionic liquid is needed, it is necessary to introduce an unreactive alkyl or aryl group at the C2 position to prevent deprotonation. Tunable aryl alkyl ionic liquids (TAAILs) were first introduced by our group in 2009 and are characterized by a phenyl group at the N1 position, which offers the possibility to fine-tune the physicochemical properties by using different electron-donating or -withdrawing substituents. In this work, we present a new series of TAAILs where the C2 position is blocked by a methyl, propyl or phenyl group. For each of the
blocking groups, the phenyl and three different phenyl derivatives (2-Me, 4-OMe, 2,4-F₂) are compared with respect to melting point, viscosity, conductivity and electrochemical window. In addition, the differences between blocked and unblocked TAAILs with regard to their electrochemical reduction potentials are investigated by quantum chemical methods.
Imidazolium-based ionic liquids, Tunable aryl alkyl ionic liquids (TAAILs), electron-donating or -withdrawing substituents, electrochemical reduction potentials
Ionische Flüssigkeiten auf Imidazoliumbasis, abstimmbare ionische Arylalkylflüssigkeiten (TAAILs), elektronenabgebende oder -anziehende Substituenten, elektrochemische Reduktionspotentiale
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ddc:540
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ddc:660
Biller, Harry
Strassner, Thomas
Wiley-VCH GmbH
2022
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2024-02-22
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2024-02-22T09:45:18Z
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ddc:070
ddc:620
ddc:621.3
ddc:660
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openaire
Topology Optimized Unit Cells for Laser Powder Bed Fusion
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-888892
eng
1613-7531
10.1007/s00501-022-01234-2
The rise of additive manufacturing has enabled new degrees of freedom in terms of design and functionality. In this context, this contribution addresses the design and characterization of structural unit cells that are intended as building blocks of highly porous lattice structures with tailored properties. While typical lattice structures are often composed of gyroid or diamond lattices, this study presents stackable unit cells of different sizes created by a generative design approach tomeet boundary conditions such as printability and homogeneous stress distributions under a given mechanical load. Suitable laser powder bed fusion (LPBF) parameterswere determined forAlSi10Mg to ensure high resolution and process reproducibility for all considered unit cells. Stacks of unit cells were integrated into tensile and pressure test specimens for which the mechanical performance of the cells was evaluated. Experimentally measured material properties, applied process parameters, and mechanical test results were employed for calibration and validation of finite element (FE) simulations of both the LPBF process as well as the subsequent mechanical characterization. The obtained data therefore provides the basis to combine the different unit cells into tailored lattice structures and to numerically investigate the local variation of properties in the resulting structures.
Durch die Einführung der Additiven Fertigung können neue Freiheitsgrade in Bezug auf Gestaltungsfreiheit und Funktionalität erreicht werden. In diesem Zusammenhang adressiert dieser Beitrag das Design und die Charakterisierung struktureller Einheitszellen als Bausteine für hochgradig poröse Gitterstrukturen mit maßgeschneiderten Eigenschaften. Während typische Gitterstrukturen oft auf Gyroid- oder Diamantstrukturen basieren, präsentiert dieser Beitrag stapelbare Einheitszellen unterschiedlicher Größe, die durch einen generativen Designansatz erstellt wurden. Hierdurch sollen verschiedene Randbedingungen wie eine gute Druckbarkeit und homogene Spannungsverteilung unter gegebenen mechanischen Lasten erreicht werden. Um eine hohe Auflösung und Reproduzierbarkeit der Einheitszellen zu erreichen, wurden für den verwendeten Werkstoff AlSi10Mg geeignete Druckparameter für das Laserstrahlschmelzen (LPBF) ermittelt. Stapel von Einheitszellen wurden in Zug- und Druckproben integriert, anhand derer die mechanische Stabilität der Zellen ermittelt wurde. Experimentell bestimmte Materialeigenschaften, die verwendeten Prozessparameter und die Ergebnisse der mechanischen Untersuchungen wurden anschließend für die Kalibrierung und Validierung Finiter Elemente (FE) Simulationen herangezogen, wobei simulationsseitig sowohl der Prozess des Laserstrahlschmelzens als auch die nachgelagerte mechanische Charakterisierung berücksichtigt wurden. Die hier präsentierten Ergebnisse sollen als Basis sowohl für eine gezielte Anordnung der Einheitszellen zu maßgeschneiderten Gitterstrukturen dienen als auch für die numerische Auswertung der lokal variierenden Eigenschaften der somit resultierenden Strukturen.
Laser Powder Bed Fusion (LPBF), Tailored lattice structures, Generative design, Process simulation, Finite Element Method (FEM)
Laserstrahlschmelzen (LPBF), Maßgeschneiderte Gitterstrukturen, Generatives Design, Prozesssimulation, Finite Elemente Methode (FEM)
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ddc:070
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ddc:660
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ddc:620
Boos, Eugen
Ihlenfeldt, Steffen
Milaev, Nikolaus
Thielsch, Juliane
Drossel, Welf-Guntram
Bruns, Marco
Elsner, Beatrix A. M.
Springer
2022
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2024-02-22
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2024-02-22T14:38:46Z
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ddc:660
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openaire
Electrolyte for high energy- and power-density zinc batteries and ion capacitors
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-897050
eng
1521-4095
2207131
10.1002/adma.202207131
Growth of dendrites, limited coulombic efficiency (CE), and the lack of high-voltage electrolytes restrict the commercialization of zinc batteries and capacitors. These issues are resolved by a new electrolyte, based on the zinc(II)–betaine complex [Zn(bet)2][NTf2]2. Solutions in acetonitrile (AN) avoid dendrite formation. A Zn||Zn cell operates stably over 10 110 h (5055 cycles) at 0.2 mA cm−2 or 110 h at 50 mA cm−2, and has an area capacity of 113 mAh cm−2 at 80% depth of discharge. A zinc–graphite battery performs at 2.6 V with a midpoint discharge-voltage of 2.4 V. The capacity-retention at 3 A g−1 (150 C) is 97% after 1000 cycles and 68% after 10 000 cycles. The charge/discharge time is about 24 s at 3.0 A g−1 with an energy density of 49 Wh kg−1 at a power density of 6864 W kg−1 based on the cathode. A zinc||activated-carbon ion-capacitor (coin cell) exhibits an operating-voltage window of 2.5 V, an energy density of 96 Wh kg−1 with a power density of 610 W kg−1 at 0.5 A g−1. At 12 A g−1, 36 Wh kg−1, and 13 600 W kg−1 are achieved with 90% capacity-retention and an average CE of 96% over 10 000 cycles. Quantum-chemical methods and vibrational spectroscopy reveal [Zn(bet)2(AN)2]2+ as the dominant complex in the electrolyte.
betaine complexes, capacity retention, electrolytes, zinc batteries, zinc-ion capacitors
Betainkomplexe, Kapazitätserhalt, Elektrolyte, Zinkbatterien, Zink-Ionen-Kondensatoren
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ddc:540
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ddc:660
Chen, Peng
Sun, Xiaohan
Pietsch, Tobias
Plietker, Bernd
Brunner, Eike
Ruck, Michael
Wiley-VCH
2022
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2024-02-22
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2024-02-22T15:06:30Z
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ddc:660
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openaire
Atroposelective Synthesis of 2,2ʹ-Bis(arylamino)-1,1ʹ-biaryls by Oxidative Iron(III)- and Phosphoric Acid-Catalyzed C–C Coupling of Diarylamines
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-898172
eng
1521-3765
10.1002/chem.202203269
We describe an iron-catalyzed asymmetric oxidative C−C coupling of diarylamines which proceeds at room temperature with air as final oxidant. Using hexadecafluorophthalocyanine-iron(II) as catalyst in the presence of catalytic amounts of an axially chiral biaryl phosphoric acid, the resulting chiral 2,2′-diamino-1,1′-biaryls are obtained in up to 90 % ee as confirmed by chiral HPLC. A detailed mechanism has been proposed with a radical cation-chiral phosphate ion pair as key intermediate leading to the observed asymmetric induction.
asymmetric catalysis, biaryl compounds, C−H bond activation, iron, phthalocyanines
Asymmetrische Katalyse, Biarylverbindungen, Aktivierung von C-H-Bindungen, Eisen, Phthalocyanine
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ddc:540
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Fritsche, Raphael F.
Schuh, Tristan
Kataeva, Olga
Knölker, Hans-Joachim
Wiley-VCH
2022
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2024-02-22
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2024-02-27T12:26:02Z
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openaire
Influence of Two-Step Heat Treatments on Microstructure and Mechanical Properties of a β-Solidifying Titanium Aluminide Alloy Fabricated via Electron Beam Powder Bed Fusion
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-898772
eng
1527-2648
2200931
10.1002/adem.202200931
Additive manufacturing technologies, particularly electron beam powder bed fusion (PBF-EB/M), are becoming increasingly important for the processing of intermetallic titanium aluminides. This study presents the effects of hot isostatic pressing (HIP) and subsequent two-step heat treatments on the microstructure and mechanical properties of the TNM-B1 alloy (Ti–43.5Al–4Nb–1Mo–0.1B) fabricated via PBF-EB/M. Adequate solution heat treatment temperatures allow the adjustment of fully lamellar (FL) and nearly lamellar (NL-β) microstructures. The specimens are characterized by optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM), X-ray computed tomography (CT), X-ray diffraction (XRD), and electron backscatter diffraction (EBSD). The mechanical properties at ambient temperatures are evaluated via tensile testing and subsequent fractography. While lack-of-fusion defects are the main causes of failure in the as-built condition, the mechanical properties in the heat-treated conditions are predominantly controlled by the microstructure. The highest ultimate tensile strength is achieved after HIP due to the elimination of lack-of-fusion defects. The results reveal challenges originating from the PBF-EB/M process, for example, local variations in chemical composition due to aluminum evaporation, which in turn affect the microstructures after heat treatment. For designing suitable heat treatment strategies, particular attention should therefore be paid to the microstructural characteristics associated with additive manufacturing.
additive manufacturing, electron beam powder bed fusion, mechanical characterizations, microstructural characterizations, titanium aluminides, two-step heat treatments
Additive Fertigung, Elektronenstrahl-Pulverbettschmelzen, mechanische Charakterisierung, mikrostrukturelle Charakterisierung, Titanaluminide, zweistufige Wärmebehandlungen
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ddc:540
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Moritz, Juliane
Teschke, Mirko
Marquardt, Axel
Heinze, Stefan
Heckert, Mirko
Stepien, Lukas
López, Elena
Brueckner, Frank
Walther, Frank
Leyens, Christoph
Wiley-VCH
2022
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2024-02-27
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2024-02-27T12:27:28Z
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ddc:660
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openaire
Locally adapted microstructures in an additively manufactured titanium aluminide alloy through process parameter variation and heat treatment
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-900048
eng
1527-2648
2200917
10.1002/adem.202200917
Electron beam powder bed fusion (PBF-EB/M) has been attracting great research interest as a promising technology for additive manufacturing of titanium aluminide alloys. However, challenges often arise from the process-induced evaporation of aluminum, which is linked to the PBF-EB/M process parameters. This study applies different volumetric energy densities during PBF-EB/M processing to deliberately adjust the aluminum contents in additively manufactured Ti–43.5Al–4Nb–1Mo–0.1B (TNM-B1) samples. The specimens are subsequently subjected to hot isostatic pressing (HIP) and a two-step heat treatment. The influence of process parameter variation and heat treatments on microstructure and defect distribution are investigated using optical and scanning electron microscopy, as well as X-ray computed tomography (CT). Depending on the aluminum content, shifts in the phase transition temperatures can be identified via differential scanning calorimetry (DSC). It is confirmed that the microstructure after heat treatment is strongly linked to the PBF-EB/M parameters and the associated aluminum evaporation. The feasibility of producing locally adapted microstructures within one component through process parameter variation and subsequent heat treatment can be demonstrated. Thus, fully lamellar and nearly lamellar microstructures in two adjacent component areas can be adjusted, respectively.
additive manufacturing, electron beam powder bed fusion, locally adapted microstructures, microstructure characterization, titanium aluminides, two-step heat treatments
Additive Fertigung, Elektronenstrahl-Pulverbettschmelzen, lokal angepasste Mikrostrukturen, Mikrostrukturcharakterisierung, Titanaluminide, zweistufige Wärmebehandlungen
info:eu-repo/classification/ddc/540
ddc:540
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Moritz, Juliane
Teschke, Mirko
Marquardt, Axel
Stepien, Lukas
López, Elena
Brueckner, Frank
Walther, Frank
Leyens, Christoph
Wiley-VCH
2022
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2024-02-27
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2024-02-27T13:04:12Z
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openaire
Experiments and Computational Fluid Dynamics on Vapor and Gas Cavitation for Oil Hydraulics
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-898194
eng
1521-4125
10.1002/ceat.202200465
A compressible Euler-Euler computational fluid dynamics (CFD) model for vapor, gas, and pseudo-cavitation in oil-hydraulic flows is presented. For vapor, the Zwart-Gerber-Belamri (ZGB) model is used and for gas cavitation, the Lifante model. The aim is to determine the empirical parameters within the cavitation models for hydraulic oil by comparing CFD results to experiments in a realistic valve. The cavitating flow is visualized and measured for numerous operating points. By degassing, states of pure vapor cavitation are generated. The major findings are: (1) large eddy simulation turbulence modeling is essential, (2) vapor cavitation in mineral oil can be simulated very well with the ZGB model using the determined parameter, and (3) gas cavitation model provides useful results although not all details can be reflected and its scope is limited.
Cavitation, Computational fluid dynamics, Flow visualization, Mineral oils, Oil hydraulics
Kavitation, Rechnergestützte Strömungsmechanik, Strömungsvisualisierung, Mineralöle, Ölhydraulik
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ddc:660
Osterland, Sven
Günther, Lennard
Weber, Jürgen
Wiley-VCH
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2024-02-27
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2024-03-01T10:57:26Z
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ddc:660
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openaire
Holistic analysis of the tribological interfaces of an axial piston pump - Focusing on pump’s efficiency
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-898603
eng
1521-4125
10.1002/ceat.202200450
Research work performed on an axial piston pump is shown in a holistic manner, analyzing each lubricating interface by linking their gap height and temperature behavior to the overall pump efficiency. The temperature field and dynamic fluid film height were measured in two of the three lubricating interfaces. This is the first time that the temperature fields and gap heights were simultaneously measured in two of the main three interfaces of an axial piston machine. For a deeper analysis of the measurement data, all gaps were simulated with a numerical tool which takes solid body deformation due to temperature and pressure loads into account. This unique combination of both extensive measurement data and sophisticated simulation resulted in novel trends that clarify the complex phenomena occurring in these hydrostatic fluid films.
Axial piston pumps, Gap measurements, Lubricating gaps, Simulations, Thermal analyses, Tribology
Axialkolbenpumpen, Spaltmessungen, Schmierspalte, Simulationen, Thermische Analysen, Tribologie
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ddc:660
Shorbagy, Ahmed
Ivantysyn, Roman
Weber, Jürgen
Wiley-VCH
2022
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2024-03-01
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ddc:660
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openaire
Phosphorescent Bimetallic C^C* Platinum(ii) Complexes with Bridging Substituted Diphenylformamidinates
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-900314
eng
1521-3765
e202202227
10.1002/chem.202202227
A series of phosphorescent bimetallic platinum(II) complexes is presented, which were synthesized by the combination of bidentate cyclometalated N-heterocyclic carbene ligands and different bridging diphenylformamidinates. The complexes were characterized by standard techniques and additionally two solid-state structures could be obtained. Photoluminescence measurements revealed the strong emissive behavior of the compounds with quantum yields of up to 90 % and emission lifetimes of approx. 2 μs. The effect of the substitution pattern in the bridging ligands on the structural and photophysical properties of the complexes was examined in detail and rationalized by density functional theory calculations (PBE0/6-311G*).
cyclometalated complexes, N-heterocyclic carbenes, organic light emitting diodes, phosphorescence, platinum
zyklometallierte Komplexe, N-heterozyklische Carbene, organische Leuchtdioden, Phosphoreszenz, Platin
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ddc:540
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ddc:660
Stipurin, Sergej
Strassner, Thomas
Wiley-VCH
2022
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2024-03-01
info:eu-repo/grantAgreement/Deutsche Forschungsgemeinschaft/SPP 2102: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung/404370927//Mono- and Bimetallische Cyclometallierte Übergangsmetall-NHC-Komplexe
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2024-03-13T13:53:53Z
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openaire
Synthetisches Erdgas aus Wasserstoff - immer noch eine Option?
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-890264
1883347599
ger
Im Rahmen des Oberlausitzer Energiesymposiums der Hochschule Zittau/Görlitz zum Thema 'Wasserstoff - ein Netz der Zukunft' stellten Prof. Dr.-Ing. habil. Tobias Zschunke und sein Team die Ergebnisse und den aktuellen Stand seiner Arbeiten auf dem Gebiet der Gasumwandlung, hier speziell der katalytischen Methanisierung, vor. In der aktuellen energiewirtschaftlichen Situation ist eine Vielzahl von Umwandlungsprozessen im Gange, so dass man leicht den Überblick verlieren kann.
Prof. Dr.-Ing. habil. Tobias Zschunke, Dr. rer. nat. Fabian Rachow und Fred Haaser, M.Eng. haben im Rahmen des LaNDER³ - Impulsprojektes 4 'Katalytische Methanisierung' das Thema Power to Gas weiter vorangetrieben, um aus ungenutztem CO2 und Wasserstoff kostengünstig und energieeffizient synthetisches Erdgas herzustellen.
Das Verfahren ist zwar seit 100 Jahren bekannt, aber immer noch sehr energieintensiv. Hier ist es dem Team gelungen, eine Anlage zu entwickeln, die die Anforderungen des Thermomanagements für eine effiziente Prozessführung umsetzt. Darüber hinaus gibt das Team einen allgemeinen Überblick über den Stand der Technik und die aktuellen wirtschaftlichen Aspekte.:1. Motivation
2. Einleitung
3. Sabatierreaktion
4. Eignung für die Integration grünen Stroms
5. Thermomanagement / Aufbau
6. Prozessbeschreibung
7. Ergebnisse und Ausblick
8. Quellen
synthetisches Erdgas, katalytische Methanisierung, Sabatierreaktion, Institut für Prozesstechnik, Prozessautomatisierung und Messtechnik
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ddc:660
Zschunke, Tobias
Rachow, Fabian
Haaser, Fred
Hochschule Zittau/Görlitz
2023
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2024-01-16
info:eu-repo/grantAgreement/Bundesministerium für Bildung und Forschung/FH-Impuls 2016/FKZ 13FH2|04|A//LaNDER³ - Impulsprojekt 4
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2024-03-19T07:26:43Z
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openaire
Eisen-katalysierte Cycloisomerisierung und C-C-Bindungsaktivierung als Zugang zu nicht-kanonischen tricyclischen Cyclobutanen
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-889626
ger
0044-8249
1521-3757
e202205169
10.1002/ange.202205169
10.1002/anie.202205169
Cycloisomerisierungen sind leistungsfähige Gerüstumlagerungen, die den atomökonomischen Aufbau komplexer molekularer Architekturen erlauben. Wir präsentieren hier eine ungewöhnliche Art der Cyclopropyl-Enin-Cycloisomerisierung, die den Prozess der Cycloisomerisierung mit der Aktivierung einer C-C Bindung in Cyclopropanen verbindet. Es wurde eine Vielzahl substituierter nicht-kanonischer tricyclischer Cyclobutane unter milden Bedingungen mit [(Ph3P)2Fe-(CO)(NO)]BF4 als Katalysator in guten bis exzellenten Ausbeuten und hoher Stereokontrolle synthetisiert.
Cyclobutane, Cycloisomerisierung, Cyclopropane, Eisenkatalyse, Umlagerung
cyclobutanes, cycloisomerisation, cyclopropanes, iron catalysis, rearrangement
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ddc:540
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ddc:660
Kramm, Frederik
Ullwer, Franziska
Klinnert, Benedict
Zheng, Min
Plietker, Bernd
Wiley-VCH
2022
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2024-03-19
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2024-03-19T12:09:37Z
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openaire
Predicting Material Properties of Methane Hydrates with Cubic Crystal Structure Using Molecular Simulations
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-892534
eng
1522-2640
10.1002/cite.202200160
Formation of gas hydrates is an important feature of water systems. It occurs undesirably in natural gas pipelines, but also in deep-sea deposits and unfreezing permafrost. However, the natural occurrence is of particular interest because methane hydrates have one of the highest energy densities of all naturally occurring forms of methane. Therefore, an accurate description of its thermodynamic properties is required. In this work, we demonstrate how the material properties of methane hydrate can be more easily calculated compared to ab initio methods. Furthermore, it is shown how the material properties depend on the cage occupancy by using the comparably fast self-consistent-charge density-functional tight-binding (SCC-DFTB) method. The cell potential is calculated and compared to a numerical as well as an ab initio model, and is in good agreement with the literature.
Bulk modulus, Cell potential, Density-functional tight-binding, Methane hydrates
Volumenmodul, Zellpotential, Dichtefunktionale enge Bindung, Methanhydrate
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ddc:540
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Lorenz, Tommy
Jäger, Andreas
Breitkopf, Cornelia
Wiley-VCH
2022
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2024-03-19
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doc-type:article
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2024-03-19T12:20:46Z
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openaire
Unconventional Spin State Driven Spontaneous Magnetization in a Praseodymium Iron Antimonide
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-894580
eng
1521-4095
2207945
10.1002/adma.202207945
Consolidating a microscopic understanding of magnetic properties is crucial for a rational design of magnetic materials with tailored characteristics. The interplay of 3d and 4f magnetism in rare-earth transition metal antimonides is an ideal platform to search for such complex behavior. Here the synthesis, crystal growth, structure, and complex magnetic properties are reported of the new compound Pr3Fe3Sb7 as studied by magnetization and electrical transport measurements in static and pulsed magnetic fields up to 56 T, powder neutron diffraction, and Mößbauer spectroscopy. On cooling without external magnetic field, Pr3Fe3Sb7 shows spontaneous magnetization, indicating a symmetry breaking without a compensating domain structure. The Fe substructure exhibits noncollinear ferromagnetic order below the Curie temperature TC ≈ 380 K. Two spin orientations exist, which approximately align along the Fe–Fe bond directions, one parallel to the ab plane and a second one with the moments canting away from the c axis. The Pr substructure orders below 40 K, leading to a spin-reorientation transition (SRT) of the iron substructure. In low fields, the Fe and Pr magnetic moments order antiparallel to each other, which gives rise to a magnetization antiparallel to the external field. At 1.4 K, the magnetization approaches saturation above 40 T. The compound exhibits metallic resistivity along the c axis, with a small anomaly at the SRT.
antiparallel magnetization, crystal structure, ferrimagnetism, iron, magnetic anisotropy, rare-earth metal, spin instability
Antiparallele Magnetisierung, Kristallstruktur, Ferrimagnetismus, Eisen, magnetische Anisotropie, Seltenerdmetall, Spininstabilität
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ddc:540
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ddc:660
Pabst, Falk
Palazzese, Sabrina
Seewald, Felix
Yamamoto, Shingo
Gorbunov, Denis
Chattopadhyay, Sumanta
Herrmannsdörfer, Thomas
Ritter, Clemens
Finzel, Kati
Doert, Thomas
Klauss, Hans-Henning
Wosnitza, Jochen
Ruck, Michael
Wiley-VCH
2022
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2024-03-19
info:eu-repo/grantAgreement/Deutsche Forschungsgemeinschaft/SFB 1143: Korrelierter Magnetismus: Von Frustration zu Topologie/247310070/
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2024-03-20T13:29:48Z
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ddc:660
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openaire
Temperature Driven Transformation of the Flexible Metal–Organic Framework DUT-8(Ni)
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eng
1521-3765
e202201281
10.1002/chem.202201281
DUT-8(Ni) metal–organic framework (MOF) belongs to the family of flexible pillared layer materials. The desolvated framework can be obtained in the open pore form (op) or in the closed pore form (cp), depending on the crystal size regime. In the present work, we report on the behaviour of desolvated DUT-8(Ni) at elevated temperatures. For both, op and cp variants, heating causes a structural transition, leading to a new, crystalline compound, containing two interpenetrated networks. The state of the framework before transition (op vs. cp) influences the transition temperature: the small particles of the op phase transform at significantly lower temperature in comparison to the macroparticles of the cp phase, transforming close to the decomposition temperature. The new compound, confined closed pore phase (ccp), was characterized by powder X-ray diffraction and spectroscopic techniques, such as IR, EXAFS, and positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS). Thermal effects of structural transitions were studied using differential scanning calorimetry (DSC), showing an overall exothermic effect of the process, involving bond breaking and reformation. Theoretical calculations reveal the energetics, driving the observed temperature induced phase transition.
metallorganisches Gerüst (MOF) DUT-8(Ni), temperaturgesteuerte Umwandlung, flexible Säulenschicht-Materialien
DUT-8(Ni) metal–organic framework (MOF), temperature Driven Transformation, flexible pillared layer materials
info:eu-repo/classification/ddc/540
ddc:540
info:eu-repo/classification/ddc/660
ddc:660
Ehrling, Sebastian
Senkovska, Irena
Efimova, Anastasia
Bon, Volodymyr
Abylgazina, Leila
Petkov, Petko
Evans, Jack D.
Attallah, Ahmed Gamal
Wharmby, Michael Thomas
Roslova, Maria
Huang, Zhehao
Tanaka, Hideki
Wagner, Andreas
Schmidt, Peer
Kaskel, Stefan
Wiley-VCH
2022
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2024-03-20
info:eu-repo/grantAgreement/Deutsche Forschungsgemeinschaft/Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung/448809307//Einfluss der Struktur auf Terahertz-Schwingungsmoden (Phononen) in metallorganischen Gerüsten
info:eu-repo/grantAgreement/Deutsche Forschungsgemeinschaft/Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung/464857745//Methodenentwicklung zur Charakterisierung offenporigen Netzwerkverbindungen mittels Positronen-Annihilations-Spektroskopie/PAS
info:eu-repo/grantAgreement/Deutsche Forschungsgemeinschaft/Experimentelle Physik der kondensierten Materie/419941440//Niedrigdimensionaler Magnetismus in der RuCl3 basierenden korrelierten 2D Materialien mit geometrisch frustrierten Gittern
info:eu-repo/grantAgreement/Deutsche Forschungsgemeinschaft/FOR 2433: Schaltbare metallorganische Gerüstverbindungen (MOF-Switches)/279409724/
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