Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, in Hinsicht auf Folgereaktion das Verhalten der auf der Basis der mathematischen Bilanzgleichungen abgeleiteten Modelle der verschiedenen Reaktortypen systematisch zu untersuchen. Dabei können die bei betrachteten Reaktoren zu berücksichtigenden Einflussgrößen folgendermaßen charakterisiert werden: Bezüglich der thermischen Betrachtungsweise im Rohrreaktor werden die isotherme, adiabate und polytrope Reaktionsführung vorausgesetzt. Bei der Betrachtung des Geschwindigkeitsfelds im Strömungsreaktor werden laminare Strömung und Pfropfenströmung ausgewählt. Zur Bestimmung der Reaktionsgeschwindigkeitskonstante kommt neben dem Arrhenius-Ansatz auch ein von Temperatur linear abhängiger Geschwindigkeitskonstantenansatz zur Anwendung. Variiert werden Reaktionssystem, Geometrie und Betriebsbedingungen. Da hinsichtlich einer Folgereaktion in der Literatur bereits Modelle für die nichtisothermen Rohrreaktoren, die meist numerischen zu lösen sind, existieren, sollte vor allem die Frage geklärt werden, ob mit neuen analytischen Modellen weitere sinnvolle Zugänge möglich sind. Um die Güte mathematischer Modelle hinsichtlich der Wiedergabe experimenteller Werte beurteilen zu können, soll zunächst eine diesbezügliche Validierung mitbetrachtet werden. Außerdem lassen sich so auch die verwendeten numerischen Methoden basierend auf dem kommerziellen Berechnungsprogramm MATLAB testen. Danach werden die besprochenen Modelle unter Berücksichtigung der oben vorgegeben Prozessvariablen ausgewertet, wobei es sich im Wesentlichen um die optimale Reaktorlänge und die maximal erzielbare Konzentration der Reaktionskomponente B beim Ablauf einer Folgereaktion in einem Strömungsreaktor handelt. Anschließend werden die Relationen zwischen den auf idealen Betriebszuständen basierenden einfachen Modellen und den für realen Reaktortypen abgeleiteten komplizierten Modellen ermittelt. Da es oft schwierig ist, sich an ideale Betriebsbedingungen in der Technik anzunähern, dienen die in dieser Arbeit basierend auf sowohl analytischen als auch numerischen Lösungen untersuchten realeren Prozesse dazu, die Auslegung eines chemischen Reaktors zu unterstützen. Dabei sind die wichtigen Betriebsparameter zu identifizieren und das Betriebsregime zu optimieren.

Unter den Techniken der chemischen Proteomik hat Capture Compound – Massenspektrometrie (CCMS) den Vorteil, Interaktionen von Molekülen mit geringer Affinität zueinander effektiv untersuchen zu können. CCMS beruht auf kleinen molekularen Sonden (Capture Compounds, CCs), die aus drei funktionalen Bestandteilen bestehen: die Selektivitätsfunktion, ist ein kleines Molekül, das mit einem Zielprotein eine schwache Wechselwirkung eingeht. Die zweite Funktionalität erlaubt kovalente Anhaftung der molekularen Sonde an Proteine. Der dritte Anteil erlaubt Detektion mit sehr guten Sensitivität; allerdings ist die Quantifizierung weiterhin ein Schwachpunkt dieser Technik. Ziel dieses Projektes ist, eine in CCMS verwendbare Quantifizierungsmethode zu entwickeln. Heutzutage gibt es zahlreiche MS-basierte Quantifizierungsstrategien; unsere beruht auf der Einführung von Lanthanoid-haltigen Labels – Metal Coded Affinity Tagging (MeCAT). In dieser Arbeit wurde erstmalig die erfolgreiche Verwendung mit Metall- Markern chemoproteomischer Sonden (CCs) zur Detektion und absoluten Quantifizierung von Zielproteinen mit schwacher Wechselwirkung etabliert. Mit den Experimenten an isolierten Enzymen und an lebenden Zellen wurde nachgewiesen, dass Metall-Marker keinen negativen Einfluss auf andere funktionelle Teile chemoproteomischer Sonden haben. CCs, die mit Lanthanoid-Chelaten funktionalisiert sind, zeigen ähnliche Affinität zu ihren Zielproteinen wie die Referenz-Sonden. Zudem erlauben Metall-Marker, die für diese Art molekularer Sonden verwendet werden, die Entwicklung einer element-basierten Technik zur Bilderzeugung. Der herausragende Vorteil der Metall-funktionalisierten CCs kombiniert mit ICP-MS ist, dass diese eine absolute Quantifizierung der Ausbeute der Quervernetzungen ermöglichen. / Capture compound mass spectrometry (CCMS) is a chemical proteomics technique that has the advantage of addressing low abundant target proteins in lysates as well as in living cells. The CCMS is based on small molecule probes (capture compounds) that consist of three functionalities: a small molecule (quite often it is a drug), which interacts with the target protein; the moiety that allows covalent attachment of the molecular probe to the protein; the one that allows detection. The detection moiety utilized for CCMS can offer high sensitivity; however, the challenge of absolute quantification is still a bottleneck of this technique. Metal Coded Affinity Tagging (MeCAT) is a quantitative approach based on the chemical labeling with lanthanide; it allows obtaining both the structural and quantitative information. In this work for the first time the successful utilization of chemoproteomic probes functionalized with a metal tag for the detection and absolute quantification of target proteins was established. With the experiments both on isolated enzymes and living cells it was determined that MeCAT does not negatively influence other functional parts of the probes; therefore, capture compounds functionalized with lanthanide chelates demonstrate similar affinity to the target as the reference probes. Moreover, metal tags utilized for this type of molecular probes can offer a promising elemental imaging technique. However, to achieve the sufficient resolution multiple metal tags per molecular probe are needed. The striking advantage of the approach of utilization metal functionalized capture compound combined with ICP-MS detection is that it allows absolute quantification of crosslink yield, what cannot be performed with other detection methods applied for this technology.

Hydrothermale Prozesse bieten als Plattformtechnologie die Basis für eine Vielzahl neuer Wertschöpfungsketten, die es zu erschließen gilt. Die Integration dieser Prozessströme in die stofflich-energetische Koppelproduktion der Bioökonomie eröffnet ein großes Marktpotenzial für Produkte und entsprechende Verfahrenstechnologien

Aktuelle Entwicklungsarbeiten im Bereich der Hydrothermalen Prozesse (HTP) setzen auf eine deutliche Verbreiterung der Produktpalette, von Kraftstoffkomponenten über Feinchemikalien bis hin zu Funktionskohlenstoff. Damit werden, insbesondere auf der Basis von sortenreiner Biomasse, neue interessante Wertschöpfungsketten möglich. Eine Vielzahl neuer Ansätze und Entwicklungstrends konnten beim diesjährigen 2. Fachforum „Hydrothermale Prozesse“ am 8./9. September 2016 präsentiert werden. Für das bisher mitunter als Problem der Hydrothermalen Prozesse angesehene Prozesswasser wurden neue Wege zur Nutzung vorgestellt, die eine gekoppelte Gewinnung von weiteren Wertstoffen oder Bereitstellung von Energie ermöglichen. Die Weiterentwicklung des hydrothermalen Prozesses sollte damit nicht mehr an einem Abwasserproblem scheitern. Darüber hinaus wurden Demonstrationsanlagen für die hydrothermale Carbonisierung vorgestellt, die mehrere tausend Betriebsstunden ohne nennenswerte Probleme absolviert haben. Allerdings wurde im Bereich von Neuinvestitionen in HTC-Anlagen vor allem von Aktivitäten im nichteuropäischen Ausland berichtet. Hier sind verstärkte Aktivitäten erforderlich, damit Deutschland seine Technologieführerschaft behält und sich bei den Entwicklungen für die neuen Anwendungsfelder platzieren kann. Zahlreiche weitere Aspekte und Forschungsergebnisse können im vorliegenden Tagungsreader anhand von Abstracts und Präsentationsfolien nachvollzogen werden.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, in Hinsicht auf Folgereaktion das Verhalten der auf der Basis der mathematischen Bilanzgleichungen abgeleiteten Modelle der verschiedenen Reaktortypen systematisch zu untersuchen. Dabei können die bei betrachteten Reaktoren zu berücksichtigenden Einflussgrößen folgendermaßen charakterisiert werden: Bezüglich der thermischen Betrachtungsweise im Rohrreaktor werden die isotherme, adiabate und polytrope Reaktionsführung vorausgesetzt. Bei der Betrachtung des Geschwindigkeitsfelds im Strömungsreaktor werden laminare Strömung und Pfropfenströmung ausgewählt. Zur Bestimmung der Reaktionsgeschwindigkeitskonstante kommt neben dem Arrhenius-Ansatz auch ein von Temperatur linear abhängiger Geschwindigkeitskonstantenansatz zur Anwendung. Variiert werden Reaktionssystem, Geometrie und Betriebsbedingungen. Da hinsichtlich einer Folgereaktion in der Literatur bereits Modelle für die nichtisothermen Rohrreaktoren, die meist numerischen zu lösen sind, existieren, sollte vor allem die Frage geklärt werden, ob mit neuen analytischen Modellen weitere sinnvolle Zugänge möglich sind. Um die Güte mathematischer Modelle hinsichtlich der Wiedergabe experimenteller Werte beurteilen zu können, soll zunächst eine diesbezügliche Validierung mitbetrachtet werden. Außerdem lassen sich so auch die verwendeten numerischen Methoden basierend auf dem kommerziellen Berechnungsprogramm MATLAB testen. Danach werden die besprochenen Modelle unter Berücksichtigung der oben vorgegeben Prozessvariablen ausgewertet, wobei es sich im Wesentlichen um die optimale Reaktorlänge und die maximal erzielbare Konzentration der Reaktionskomponente B beim Ablauf einer Folgereaktion in einem Strömungsreaktor handelt. Anschließend werden die Relationen zwischen den auf idealen Betriebszuständen basierenden einfachen Modellen und den für realen Reaktortypen abgeleiteten komplizierten Modellen ermittelt. Da es oft schwierig ist, sich an ideale Betriebsbedingungen in der Technik anzunähern, dienen die in dieser Arbeit basierend auf sowohl analytischen als auch numerischen Lösungen untersuchten realeren Prozesse dazu, die Auslegung eines chemischen Reaktors zu unterstützen. Dabei sind die wichtigen Betriebsparameter zu identifizieren und das Betriebsregime zu optimieren.

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This work is dedicated to the investigation on intermetallic compounds of beryllium and magnesium with late transition metals. By conducting fundamental research, the objective is to unveil novel intermetallic compounds possessing distinctive chemical bonding and interesting physical properties, with the aim to identify potential semiconductor materials for further thermoelectric applications. Following the recent discovery of the semiconducting properties of Be5Pt, it was initially hypothesised that replacing Be with Mg, while preserving the semiconducting properties, could enhance the widespread applicability of said material considering the lower toxicity of magnesium compared to that of beryllium. The study of the already well-investigated Mg–Pt system, revealed that a phase with composition Mg5Pt does not exist, instead two new phases, Mg3Pt2 and Mg29-xPt4+y (x = 0.47, y = 0.07), were discovered. Mg3Pt2 can be synthesised by direct reaction of its constituent elements or through spark plasma sintering (SPS) using MgH2 and PtCl2 as precursors. An in-depth analysis of the chemical bonding in Mg3Pt2 allowed to conclude that belonging to the same structural prototype (Eu3Ga2) does not necessarily indicate the same chemical bonding scenario. The isolation of single crystals for diffraction experiments combined with atomic-resolution transmission electron microscopy (TEM), enabled the determination and examination of the crystal structure of Mg29-xPt4+y, the existence of which had previously only been hinted on the basis of powder diffraction or metallography analysis. The investigation of the chemical bonding in Mg29-xPt4+y revealed a unique characteristic, that distinguishes it from other complex intermetallic compounds (CMAs). Notably, a spatial separation of regions with different bonding features was observed, explaining a distinctive mixed Mg/Pt site occupancy near the origin of the unit cell. Beryllium has garnered considerable interest due to its versatile behaviour when combined with other elements. These combinations can give rise to materials exhibiting distinctive physical properties and intriguing chemical bonding characteristics. However, the high toxicity associated with beryllium and its compounds as well as difficulties in characterisation, e.g. very low X-ray scattering power, has limited systematic investigations of Be–based intermetallic compounds. This comprehensive study focuses on the binary Be–Ru system. The redetermination of the Be3Ru crystal structure, showed that it crystallises with TiCu3–type structure. The crystal structure can be derived by ‘colouring’ the hexagonal closest packing of spheres characteristic for large groups of intermetallic compounds. Be3Ru exhibits diamagnetic properties, and its metallic electrical resistivity is in good agreement both with electronic structure calculations and experimental measurements. Be2Ru crystallises with Fe2P–type structure, instead of the previously reported MgZn2–type one. Detailed investigations using single crystal X-ray diffraction experiments together with atomic-resolution electron microscopy have revealed the presence of minor orthorhombic inclusions dispersed within the hexagonal Fe2P–type matrix crystal structure. Despite these structural variations, both atomic arrangements primarily consist of similar structural layers and exhibit comparable chemical bonding characteristics. It has been also discovered that Be3Ru2 crystallises with U3Si2–type structure, in contrast to the previously reported (Mn0.5Fe0.5)2O3–type structure. Be7Ru4 and Be12Ru7 represent two new phases in the Be–Ru system. They possess a very close atomic composition (63.6 at. % Be and 63.2 at. % Be, respectively) and are situated between Be2Ru and Be3Ru2 in the Be–Ru phase diagram. Together with Be2Ru, these two new phases form a series of two-dimensional intergrowth structures, incorporating building blocks of Be2Ru and Be3Ru2 (Fe2P– and U3Si2– type structure). The first one is comprised of hexagonal channels of Ru atoms accompanied by embedded columns of [Be@Be6] trigonal prisms, while the second structure consists of columns composed of tetragonal [Be@Ru8] and trigonal [Be@Ru6] prisms. The structural organisation observed in Be7Ru4 and Be12Ru7 has not been documented previously, indicating that these two phases represent novel structural prototypes. A careful investigation of the crystal structure of Be17Ru3, revealed that the center of a cage [X@Be12] around at the origin of the unit cell, is not completely empty, but rather partly occupied by either Be or Ru. Furthermore, it was observed that this cage can be filled by rare earth and actinide elements giving rise to a novel family of ternary compounds with composition RBe68Ru12 (R = U, Th, Ce, Pr, Gd, Ho). Finally, two new Be–based Laves phases C15–Be2Fe1-xRux (x = 0.52) and C14–Be2Fe1-xOsx (x= 0.57) were discovered through alloying Ru and Os to C14–Be2Fe Laves phase. This study confirmed that the stability of C15 or C14 AB2 Laves phases cannot be predicted by simple reasoning such as atomic size ratio between the A and B atoms, difference in electronegativity or valence electron concentration (VEC), particularly when all three elements, Fe, Ru and Os, belong to the same group of the periodic table. Despite their different chemical behaviour, the investigation of chemical bonding using quantum chemical techniques in the Be– and Mg–based intermetallic compounds with late transition metals, unveiled shared characteristics whereby their crystal structures are stabilised by the formation of polar multiatomic bonds. The observed charge transfer not only serves a decisive role in stabilising the atomic configurations, but also contributes to the emergence of distinct structuring of the calculated electronic density of states of states, DOS, i.e. appearance of more or less prominent dips in the vicinity of the Fermi level, implying their proximity to a semiconducting state, in particular as far as Be–based intermetallic compounds are concerned.