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A Raman technique applicable for the analysis of the working principle of promoters and inhibitors of gas hydrate formationBräuer, Andreas, Hankel, Robert Fabian, Mehnert, Markus Konstantin, Schuster, Julian Jonathan, Will, Stefan 27 July 2020 (has links)
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.
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Vector casting for noise reductionGebrekidan, Medhanie Tesfay, Knipfer, Christian, Bräuer, Andreas 27 July 2020 (has links)
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.
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Quantification of mixture composition, liquid-phase fraction and temperature in transcritical spraysKlima, Tobias C., Peter, Andreas, Riess, Sebastian, Wensing, Michael, Bräuer, Andreas 27 July 2020 (has links)
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.
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Influence of Sodium Chloride on the Formation and Dissociation Behavior of CO2 Gas HydratesHolzammer, Christine, Schicks, Judith M., Will, Stefan, Bräuer, Andreas 27 July 2020 (has links)
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.
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Betriebssicherheit in Biogasanlagen: Hinweise für Planung, Errichtung und Betrieb kleiner Biogasanlagen05 August 2021 (has links)
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
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Untersuchung von Eisenoxiden zur alternierenden Schwefelwasserstoff- und Sauerstoffentfernung aus BiogasRaabe, Toni 19 August 2021 (has links)
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.
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Adsorption und Desorption von Ammoniak an Fe/BEA-SCR-Katalysatoren in Gegenwart von WasserHahn, Christoph 19 August 2021 (has links)
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
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Charakterisierung des CVD-Beschichtungsprozesses von C-Fasern mit pyro-KohlenstoffMeyer, Norbert 22 November 1996 (has links)
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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Abscheidung von SiC und SiC + Si auf Kohlenstoffsubstraten und deren chemische OberflaechenmodifizierungNeuhaeuser, Jens 07 October 1997 (has links)
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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Beitrag zur Entwicklung von Herstellverfahren für ein stoßabsorbierendes Verpackungsmaterial auf Basis von GetreidekleieAnsorge, Thomas 09 October 1998 (has links)
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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