Level-set methods have become a valuable and well-established field of visualization over the last decades. Different implementations addressing different design goals and different data types exist. In particular, level sets can be used to extract isosurfaces from scalar volume data that fulfill certain smoothness criteria. Recently, such an approach has been generalized to operate on unstructured point-based volume data, where data points are not arranged on a regular grid nor are they connected in form of a mesh. Utilizing this new development, one can avoid an interpolation to a regular grid which inevitably introduces interpolation errors. However, the global processing of the level-set function can be slow when dealing with unstructured point-based volume data sets containing several million data points. We propose an improved level-set approach that performs the process of the level-set function locally. As for isosurface extraction we are only interested in the zero level set, values are only updated in regions close to the zero level set. In each iteration of the level-set process, the zero level set is extracted using direct isosurface extraction from unstructured point-based volume data and a narrow band around the zero level set is constructed. The band consists of two parts: an inner and an outer band. The inner band contains all data points within a small area around the zero level set. These points are updated when executing the level set step. The outer band encloses the inner band providing all those neighbors of the points of the inner band that are necessary to approximate gradients and mean curvature. Neighborhood information is obtained using an efficient kd-tree scheme, gradients and mean curvature are estimated using a four-dimensional least-squares fitting approach. Comparing ourselves to the global approach, we demonstrate that this local level-set approach for unstructured point-based volume data achieves a significant speed-up of one order of magnitude for data sets in the range of several million data points with equivalent quality and robustness.

Die Auswertung der Literatur hat für die Solventextraktion von In(III) mit sauren phosphororganischen Verbindungen voneinander abweichendes Verhalten ergeben. Dieses Verhalten bei der Extraktion von In(III) konnte durch Extraktionsexperimente mit Variation von pH-Wert und Beladung der organischen Phasen bestätigt werden. Durch spektroskopische und bildgebende Analysen konnte der Nachweis für die Bildung polymerer Komplexe erbracht werden. Die Ergebnisse zeigen außerdem, dass der entscheidende Faktor für die Bildung der polymeren Komplexe die Verbrückung einzelner monozentrischer Komplexe ist. Für die Phosphinsäure Cyanex272 gegenüber der Phosphonsäure EHEHPA und der Phosphorsäure D2EHPA ist der polare Bindungscharakter der P=O-Einheit stärker ausgeprägt, weshalb das Bestreben darüber eine Bindung auszubilden erhöht ist. Diese Eigenschaft bedingt die unvollständige Phasentrennung bei geringeren Beladungen mit In(III) gegenüber der Beladung der weiteren untersuchten phosphorhaltigen Extraktionsmittel bei vergleichbaren Extraktionsbedingungen.:Abkürzungs- und Symbolverzeichnis iii 1 Einleitung 7 2 Indium – Verfügbarkeit und Gewinnungstechnologien 10 2.1 Verfügbarkeit von Indium 10 2.2 Gewinnungstechnologien für Indium 13 2.2.1 Geeignete Extraktionssysteme für die In(III)-Extraktion 14 2.2.2 Struktur und Eigenschaften saurer phosphororganischer Verbindungen 16 2.2.3 Wechselwirkungen saurer phosphororganischer Verbindungen in wässriger und organischer Phase 18 3 Präzisierung der Aufgabenstellung 23 4 Extraktionsuntersuchungen 24 4.1 Material und Methoden 24 4.2 Untersuchung der Extraktion von In(III) in Abhängigkeit vom pH-Wert 26 4.3 Untersuchung der Beladung der organischen Phase mit In(III) 28 4.3.1 Variation der Ausgangskonzentration von In(III) in der wässrigen Phase 29 4.3.2 Variation des Phasenverhältnisses (wässrig/organisch) bei konstanter Konzentration von In(III) in der wässrigen Phase 31 4.4 Diskussion der Ergebnisse der Extraktionsuntersuchungen 34 5 Spektroskopische und rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen der organischen Phasen 37 5.1 FT-IR-spektroskopische Untersuchungen 37 5.1.1 IR-Spektren der in Kerosin gelösten sauren phosphororganischen Verbindungen 40 5.1.2 IR-Spektren der in Kerosin gelösten sauren phosphororganischen Verbindungen in Gegenwart von In(III) 42 5.1.3 Diskussion der Ergebnisse der IR-Spektroskopie 45 5.2 ESI-massenspektrometrische Untersuchungen 47 5.2.1 ESI-Massenspektren der in Kerosin gelösten sauren phosphororganischen Verbindungen 49 5.2.2 ESI-Massenspektren der in Kerosin gelösten sauren phosphororganischen Verbindungen in Gegenwart von In(III) 54 5.2.3 Diskussion der Ergebnisse der ESI-Massenspektrometrie 59 5.3 NMR-spektroskopische Untersuchungen 63 5.3.1 Vorversuche zur Bestimmung der Signallagen von A1H in 1H NMR-Spektren 65 5.3.2 1H NMR-Spektren der in Kerosin gelösten sauren phosphororganischen Verbindungen 69 5.3.3 1H NMR-Spektren der in Kerosin gelösten sauren phosphororganischen Verbindungen in Gegenwart von In(III) 70 5.3.4 Diskussion der Ergebnisse der 1H NMR-Spektroskopie 73 5.3.5 Vorversuche zur Bestimmung der Signallagen von A1H in 31P NMR-Spektren 78 5.3.6 31P NMR-Spektren der in Kerosin gelösten sauren phosphororganischen Verbindungen 80 5.3.7 31P NMR-Spektren der in Kerosin gelösten sauren phosphororganischen Verbindungen in Gegenwart von In(III) 82 5.3.8 Diskussion der Ergebnisse der 31P NMR-Spektroskopie 85 5.4 Rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen 89 5.4.1 REM-Aufnahmen und EDX-Analyse der gebildeten 3ten Phase von A3H in Gegenwart von In(III) 89 5.4.2 Diskussion der Ergebnisse der Rasterelektronenmikroskopie 90 5.5 Zusammenfassende Diskussion der relevanten Ergebnisse 91 6 Zusammenfassung und Ausblick 99 7 Abbildungsverzeichnis 101 8 Tabellenverzeichnis 104 Literaturverzeichnis 106 Danksagung 121 Versicherung 122 Anhang A

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.

Gegenstand vorliegender Arbeit ist die Untersuchung unterschiedlicher Modellansätze zur Beschreibung der Extraktion organischer Schadstoffe aus Böden unter Verwendung von überkritischem Wasser. Dazu wurden in der Literatur vorhandene Stofftransportmodelle herangezogen und eigene Modellansätze entwickelt. Das Modell berücksichtigt die Geschwindigkeits- und Temperaturverteilung im Reaktor und berechnet daraus, in Abhängigkeit der desorptiven, diffusiven und konvektiven Stofftransportvorgänge eine Schadstoffverteilung. Zur Lösung der Modellgleichungen wurde FEMLAB 3.1 verwendet. Zur Parameterbestimmung und Modellüberprüfung wurden Extraktionsversuche an real kontaminierten Böden und an künstlich kontaminierten Modellböden durchgeführt. Einfache und komplexe chemische Gleichgewichte der organischen Schadstoffe wurden auf Basis der Gibbs Energetik mit FACTSAGE 5.2 ermittelt und dienten als weitere Inputparameter für die Modellberechnungen.

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.

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.

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

Som följd av dagens ökning i global befolkning och köttproduktion är alternativa hållbara köttsubstitut mycket eftertraktat. Som basal råvara kan växter eller mikrobiella produkter utnyttjas för proteinrika hållbara livsmedelsprodukter. Detta arbete syftar till att undersöka olika proteinextraktionsmetoder som i nuläget används för att erhålla ett proteinisolat som kan ha användning i livsmedelsindustrin. Utvalda råvaror som kommer studeras och diskuteras är ärta, quinoa, mjölmask och filamentösa svampar. Allmän information för varje råvara diskuteras men fokus har lagts på att studera processer för att extrahera proteiner till ett isolat från råvarorna. Arbetet inkluderar generella tillvägagångssätt vad gäller proteinextraktion likväl som mer specifika metoder från enskilda försök att extrahera ett visst protein. Slutligen jämförs val av extraktionsmetoder och vilka råvaror som idag är i kommersiellt bruk och reflekterande tankar om varför inte vissa råvaror hunnit lika långt i utvecklingen i proteinextraktion som andra. / As a result of today's increase in global population and meat production, alternative and more sustainable meat substitutes are highly sought after. As a basic raw material, plants or microbial products can be utilized for protein-rich sustainable food products. This work aims to investigate various protein extraction methods currently used to obtain a protein isolate that can be of use in the food industry. Selected raw materials studied and discussed are pea, quinoa, flour worm and filamentous fungus. General information for each raw material is discussed, however focus has been on studying processes for extracting proteins into an isolate from the raw materials. The work includes general methods to protein extraction as well as more specific methods from individual attempts to extract a specific protein. Finally, the extraction methods are compared, the raw materials that are currently in commercial use are discussed as well as thoughts why some raw materials have not progressed as far in protein extraction as others are compared.

Investigation of non metallic inclusions in two different steels from Sandvik was made before and after turning. After dissolving the non-metallic inclusions by electrolytic extraction the particles were analysed manually or by INCA feature. This was referred to as 3D analysis. INCA feature analysis without extraction of particles was also performed, this was referred to as 2D analysis. The aim of the report was to a make a characterization of non-metallic inclusions with respect to chemical composition, aspect ratio, size and shape. The aim was also to compare different investigation methods. Samples were prepared and investigated. It was obtained that inclusions with sulphur content was elongated and crushed during the turning process. Broken sulphides were detected in one of the steels, and broken oxysulphides in the other steel in the electrolytically extracted chips created by turning. The first steel, steel 1, mainly contained sulphide and oxysulphide inclusions, and steel 2 mainly contained oxysulphides. The aspect ratio obtained by 2D analysis of the sulphide inclusions in steel 1 before turning showed similar results to the electrolytic extracted inclusions measured by hand. The aspect ratio increased with the length of the inclusion. However the deviation of data obtained by the 2D analysis was larger than deviation from the extracted particles measured by hand. The reason for this was assumed to be that the 2D method was not able to analyse the true shape of the inclusions e.g. if inclusions were partly concealed by metal matrix. In analysis of steel 2 the average aspect ratio decreased for oxides and increased for oxysulphides after turning. The chemical composition of inclusions did not change after the turning process for neither of the steels. Copper was detected in the electrolytic extracted inclusions, however not in the 2D investigation by SEM. This is an interesting topic for future research.

Microalgae used in sewers to capture CO2 eventually turns into waste material. Through the use oftheir biomass, the waste algae can be given a new purpose. In this study attempts to extract starch or PHA from three different algae; Calothrix Scytonemicola, Scenedesmus Almeriensis and Neochloris Oleoabundans, were made. We also attempted to create a bio-based plastic material. Both Scenedesmus Almeriensis and Neochloris Oleoabundans are starch rich microalga. By washing with acetone, cryo grinding, use of ultrasonic homogenizer and dialysis, starch was likely extracted successfully. The extracted material and the plasticiser Carboxymethyl Cellulose (CMC) was used to cast plastic film. The cast film was very thin and brittle; perhaps by using different plasticisers or additives a more usable bio-based plastic material can be created. The PHA rich algae Calothrix Scytonemicola was used to extract PHA. The algae was washed with acetone, cryo grinded and then mixed with Sodium Hypochlorite(aq) and deionised water to extract the desired PHA. Due to a shortage of algae very small amounts of material could be extracted. Therefore, the casting of a plastic film was performed with commercial PH3B, which is a type of PHA. Three attempts were conducted. The first one with only chloroform, the second one with CMC and chloroform and the last one with Sucrose Octaacetate and chloroform. The film with Sucrose Octaacetate gave the best plastic material in regards to mechanical properties. / Mikroalger som används i kloaker för att binda CO2 blir till slut restavfall. Genom att använda dess biomassa kan restalgerna få ett nytt syfte. I denna studie utfördes extraktionsförsök av stärkelse samt PHA från tre olika alger, Calothrix Scytonemicola, Scenedesmus Almeriensis och Neochloris Oleoabundans. Ytterligare försök genomfördes för att försöka framställa ett biobaserat plastmaterial. Både Scenedesmus Almeriensis och Neochloris Oleoabundans är stärkelserika mikroalger. Genom att tvätta dem med aceton, kryomalning, användning av en ultrasonic homogenizer och dialys kunde stärkelse troligtvis extraheras. Det extraherade materialet blandades med karboxymetylcellulosa (CMC) för att skapa en plastfilm. Filmen blev väldigt tunn och spröd, således behövs antingen en annat mjukningsmedel eller tillägg av additiv för att skapa ett mer användningsbart biobaserat plastmaterial. Den PHA-rika algen Calothrix Scytonemicola användes vid extraktionen av PHA. Algerna tvättades med aceton och kryomaldes innan PHA förhoppningsvis extraheras med hjälp av natriumhypoklorit(aq) och avjonat vatten. På grund av en för liten mängd tillgänglig alg extraherades endast en liten mängd material. Det var därför inte möjligt att skapa en plastfilm av vårt extrakt utan istället användes kommersiell PH3B, som är en typ av PHA. Tre försök genomfördes, en med endast kloroform, en med CMC och kloroform och den sista med sucrose octaacetate och kloroform. Den sistnämnda filmen gav det bästa plastmaterialet med avseende på de mekaniska egenskaperna.