Zugl.: Dresden, Techn. Univ., Diss., 2009

Thesis (Ph. D.)--Swedish University of Agricultural Sciences, 2001. / Includes bibliographical references.

Polymer brush patterns were prepared by a combination of electron beam induced damage in self-assembled monolayers (SAMs), creating a stable carbonaceous deposit, and consecutive self-initiated photografting and photopolymerization (SIPGP). This newly applied technique, reactive writing (RW), is investigated with 1H,1H,2H,2H-perfluorooctyltriethoxysilane SAM (PF-SAM) on silicon oxide, which, when modified by RW, can be selectively functionalized by SIPGP. With the monomer N,N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA), we demonstrate the straightforward formation of polymer brush gradients and single polymer lines of sub-100 nm lateral dimensions, with high contrast to the PF-SAM background. The lithography parameters acceleration voltage, irradiation dose, beam current and dwell time were systematically varied to identify the optimal conditions for the maximum conversion of the SAM into a carbonaceous deposit. The results of this approach were compared to patterns prepared by carbon templating (CT) under analogous conditions, revealing a dwell time dependency, which differs from earlier reports. This new technique expands the range of CT by giving the opportunity to not only vary the chemistry of the created polymer patterns with monomer choice but also vary the chemistry of the surrounding substrate.

Die Querstrom-Mikrofiltration mit Kapillarmembranen kommt zunehmend in den Bereichen Lebensmittel-, Pharma-, Chemieindustrie sowie in der Umwelttechnik zum Einsatz. Eine vollständige Beschreibung der Deckschichtbildung innerhalb der Membrananlage ist jedoch noch nicht gelungen. Der erste Teil dieser Arbeit widmet sich der Kuchenbildung in einer Kapillarmembran. Dabei werden sowohl Änderungen der Strömungsverhältnisse entlang der Kapillarlänge als auch Klassiereffekte bei der Querstrom-Mikrofiltration von polydispersen Stoffsystemen berücksichtigt. Die Modellberechnungen wurden mit Experimenten validiert. Weiterhin erfolgte die Untersuchung des Einflusses von polymeren Flockungsmitteln (PFM) auf die Mikrofiltration und der Möglichkeiten einer Filtratstromerhöhung durch Flockung mittels PFM. Es wird gezeigt, dass eine optimale Zudosierung von PFM existiert und diese mit einer maximalen Filtratstromerhöhung verbunden ist. Eine Überdosierung von PFM soll jedoch verhindert werden.

Das Auftreten von Braunwasser in Trinkwasserverteilungsnetzen ist eine Beeinträchtigung der Trinkwasserqualität, die durch mobilisierte partikuläre Ablagerungen verursacht wird. Die Partikel gelangen durch verschiedene Prozesse, wie z. B. der Korrosion metallischer Leitungen und den Eintrag am Wasserwerk, kontinuierlich in sehr geringen Massenströmen in das Rohrnetz. Durch die Akkumulation der Partikel an Rohroberflächen können sich Ablagerungsmengen bilden, die bei ansteigenden Strömungsgeschwindigkeiten resuspendiert werden und zu unerwünschten Braunwassererscheinungen führen. Die vorliegende Arbeit behandelt die experimentelle Untersuchung des Transportes von Partikeln, die für Trinkwassernetze typisch sind, in Rohrströmungen. Es werden Einflussfaktoren identifiziert, die für den Partikeltransport von Bedeutung sind. Ein neu entwickeltes dynamisches Modell beschreibt den Transport von Partikeln und die Ablagerungsbildung in Rohrströmungen und vermaschten Rohrnetzen. Das Modell wurde in einer Anwendersoftware implementiert und an einem Trinkwasserverteilungsnetz für das Nachvollziehen der beobachteten Ablagerungsbildung eingesetzt. Im Vergleich zu bestehenden dynamischen Modellen werden partikelbezogene Prozesse unter Berücksichtigung der für trinkwasserbürtige Partikel und Ablagerungen typischen Eigenschaften mathematisch genauer beschrieben. Stationäre und dynamische Ereignisse bezüglich Wasserqualität und Ablagerungsbildung können jetzt durch die Berücksichtung zahlreicher zeitabhängiger Einflussfaktoren nachvollzogen werden. / The occurrence of discoloured water in drinking water distribution systems is a disturbance of the water quality, which is induced by mobilised particulate deposits. Different processes result in the continuous entry of small mass flow rates of particles into the piping, for instance the corrosion of metallic pipes as well as the entry at the water works outlet. By the accumulation of these particles, significant amounts of deposits can be formed and at higher flow rates be resuspended, which leads to unwanted events with discoloured water. This study examines the experimental investigation of the transport of particles, which are typical for drinking water distribution systems, in pipe flow. Influencing factors are identified, which are of importance for the particle transport. With a newly developed model, the transport of particles and the deposit formation in pipe flow and in piping is described. The model is implemented into a software application and deployed at a drinking water distribution system to understand the observed deposit formation. In comparison with existent dynamic water quality models, particle-related processes are described mathematically in more details, under consideration of characteristics typical for particles and deposits in drinking water distribution systems. Hence, observed steady-state and dynamic events can be followed using several influencing time-dependent factors.

Polymer brush patterns were prepared by a combination of electron beam induced damage in self-assembled monolayers (SAMs), creating a stable carbonaceous deposit, and consecutive self-initiated photografting and photopolymerization (SIPGP). This newly applied technique, reactive writing (RW), is investigated with 1H,1H,2H,2H-perfluorooctyltriethoxysilane SAM (PF-SAM) on silicon oxide, which, when modified by RW, can be selectively functionalized by SIPGP. With the monomer N,N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA), we demonstrate the straightforward formation of polymer brush gradients and single polymer lines of sub-100 nm lateral dimensions, with high contrast to the PF-SAM background. The lithography parameters acceleration voltage, irradiation dose, beam current and dwell time were systematically varied to identify the optimal conditions for the maximum conversion of the SAM into a carbonaceous deposit. The results of this approach were compared to patterns prepared by carbon templating (CT) under analogous conditions, revealing a dwell time dependency, which differs from earlier reports. This new technique expands the range of CT by giving the opportunity to not only vary the chemistry of the created polymer patterns with monomer choice but also vary the chemistry of the surrounding substrate.

Das Auftreten von Braunwasser in Trinkwasserverteilungsnetzen ist eine Beeinträchtigung der Trinkwasserqualität, die durch mobilisierte partikuläre Ablagerungen verursacht wird. Die Partikel gelangen durch verschiedene Prozesse, wie z. B. der Korrosion metallischer Leitungen und den Eintrag am Wasserwerk, kontinuierlich in sehr geringen Massenströmen in das Rohrnetz. Durch die Akkumulation der Partikel an Rohroberflächen können sich Ablagerungsmengen bilden, die bei ansteigenden Strömungsgeschwindigkeiten resuspendiert werden und zu unerwünschten Braunwassererscheinungen führen. Die vorliegende Arbeit behandelt die experimentelle Untersuchung des Transportes von Partikeln, die für Trinkwassernetze typisch sind, in Rohrströmungen. Es werden Einflussfaktoren identifiziert, die für den Partikeltransport von Bedeutung sind. Ein neu entwickeltes dynamisches Modell beschreibt den Transport von Partikeln und die Ablagerungsbildung in Rohrströmungen und vermaschten Rohrnetzen. Das Modell wurde in einer Anwendersoftware implementiert und an einem Trinkwasserverteilungsnetz für das Nachvollziehen der beobachteten Ablagerungsbildung eingesetzt. Im Vergleich zu bestehenden dynamischen Modellen werden partikelbezogene Prozesse unter Berücksichtigung der für trinkwasserbürtige Partikel und Ablagerungen typischen Eigenschaften mathematisch genauer beschrieben. Stationäre und dynamische Ereignisse bezüglich Wasserqualität und Ablagerungsbildung können jetzt durch die Berücksichtung zahlreicher zeitabhängiger Einflussfaktoren nachvollzogen werden. / The occurrence of discoloured water in drinking water distribution systems is a disturbance of the water quality, which is induced by mobilised particulate deposits. Different processes result in the continuous entry of small mass flow rates of particles into the piping, for instance the corrosion of metallic pipes as well as the entry at the water works outlet. By the accumulation of these particles, significant amounts of deposits can be formed and at higher flow rates be resuspended, which leads to unwanted events with discoloured water. This study examines the experimental investigation of the transport of particles, which are typical for drinking water distribution systems, in pipe flow. Influencing factors are identified, which are of importance for the particle transport. With a newly developed model, the transport of particles and the deposit formation in pipe flow and in piping is described. The model is implemented into a software application and deployed at a drinking water distribution system to understand the observed deposit formation. In comparison with existent dynamic water quality models, particle-related processes are described mathematically in more details, under consideration of characteristics typical for particles and deposits in drinking water distribution systems. Hence, observed steady-state and dynamic events can be followed using several influencing time-dependent factors.

Die Querstrom-Mikrofiltration mit Kapillarmembranen kommt zunehmend in den Bereichen Lebensmittel-, Pharma-, Chemieindustrie sowie in der Umwelttechnik zum Einsatz. Eine vollständige Beschreibung der Deckschichtbildung innerhalb der Membrananlage ist jedoch noch nicht gelungen. Der erste Teil dieser Arbeit widmet sich der Kuchenbildung in einer Kapillarmembran. Dabei werden sowohl Änderungen der Strömungsverhältnisse entlang der Kapillarlänge als auch Klassiereffekte bei der Querstrom-Mikrofiltration von polydispersen Stoffsystemen berücksichtigt. Die Modellberechnungen wurden mit Experimenten validiert. Weiterhin erfolgte die Untersuchung des Einflusses von polymeren Flockungsmitteln (PFM) auf die Mikrofiltration und der Möglichkeiten einer Filtratstromerhöhung durch Flockung mittels PFM. Es wird gezeigt, dass eine optimale Zudosierung von PFM existiert und diese mit einer maximalen Filtratstromerhöhung verbunden ist. Eine Überdosierung von PFM soll jedoch verhindert werden.