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.

Die Temperaturverhältnisse beim Ziehen und Wärmebehandeln von Draht werden mit mathematisch-analytischen Methoden auf der Grundlage der FOURIERschen Wärmeleitungsgleichung eingehend untersucht. Insbesondere wird unter den spezifischen Wärmeübergangsbedingungen zwischen Draht und Ziehdüse sowie zwischen Draht und Ziehtrommel deren thermische Wechselwirkung analysiert. Ein Näherungsverfahren zur Berechnung der Drahttemperaturen in Zugfolgen unter Berücksichtigung des Ziehdüseneinflusses wird angegeben und mit einem Beispiel zum Nassziehen stark verzinkten Stahldrahts illustriert. Aus geschwindigkeitsabhängig gemessenen Änderungen des Drahtdurchmessers werden unter thermoelastischer Ziehringdurchmesserkorrektur Schmierfilmdicken bestimmt. Diffusionsgleichungen werden analysiert und ein Zusammenhang zur Reaktionskinetik wird hergestellt. Ein neues reaktionskinetisches Werkstoffmodell, das insbesondere auch im Falle stärker anisothermer Verhältnisse, also bei Kurzzeitwärmebehandlung anwendbar ist, wird vorgestellt.

This work is about the reaction around both isomeres of formylcations, formylcation (HCO+) and isoformylcation (HOC+). In interstellar chemistry these isomeres are of significant importance: radio astronomic measurements have detected the metastabil isomere HOC+ in present of the stabil isomere HCO+ in many objects. The HOC+ was found in photon dominated regions like (SgrB2, NGC 7538 und NGC 2024) as well as in dense clouds like DR21 (OH), W51M, W3 (OH), Orion (3N, 1E)). The ratecoefficiants for reactions forming both isomeres have been measured. Further more the ratecoefficiant for the isomerisation of isoformyl (HOC+) with molecular hydrogen has been measured at 25 K. / In der vorliegenden Arbeit werden Untersuchungen zu dem Ionensystem Formylkationen (HCO+) / Isoformylkationen (HOC+) vorgestellt. In der interstellaren Chemie kommt diesen Isomeren eine hohe Bedeutung zu: neuere radioastronomische Beobachtungen haben das metastabile Ion HOC+ in Anwesenheit des stabilen Isomers HCO+ in einer Vielzahl von interstellaren Umgebungen nachgewiesen. Das HOC+ - Isomer ist in signifikanter Dichte sowohl in Photon - dominierten Gebieten (wie z.B. SgrB2, NGC 7538 und NGC 2024) als auch in Dichten Molekularen Wolken (wie z.B. DR21 (OH), W51M, W3 (OH), Orion (3N, 1E), Orion KL, und G34.3) festgestellt worden. Es konnten die Ratenkoeffizienten für die Bildungsreaktionen beider Isomere bestimmt werden. Des weiteren konnte die Isomerisierung von Isoformylkationen (HOC+) mit Wasserstoff (H2) bei 25 K estimmt werden.

Techn. Universiẗat, Diss., 2005--Darmstadt.

Surface polarity and catalytic activity of inorganic solid acids The objective of this work is to quantify solvent influence on the surface polarity and catalytic activity of inorganic solid acids. Kamlet-Taft`s a (hydrogen-bond acidity), b (hydrogen-bond accepting ability) and p* (dipolarity/polarizability) parameters of various silicas, alumina, aluminosilicate, zeolites HZSM-5 and HY as well as of a siliceous MCM-41 material were determined using solvatochromic surface polarity indicators, which have been adsorbed on the solid acids from solvents of different polarity. The surface-mediated hydride-transfer reaction of 1,4-cyclohexadiene with triphenylmethylium induced by the solid acid catalysts, respectively, has been kinetically studied as function of the polarity of the surrounding solvent. The relative rate constant k? has been determined in ten different solvents. Correlation analyses between lg k? and the polarity parameters a, b, and p* of the solvents as well as of the catalysts surfaces are shown and discussed. Acid-base-interactions between solvent and catalyst mainly influence the reactivity and surface polarity of the solid acids. / Oberflächenpolarität und katalytische Aktivität anorganischer Feststoffsäuren Ein zentrales Anliegen der Arbeit ist die Quantifizierung des Lösungsmitteleinflusses auf die Oberflächenpolarität und die katalytische Aktivität anorganischer Feststoffsäuren. Die Oberflächenpolaritätsparameter a (Acidität), b (Basizität) und p* (Dipolarität/Polarisierbarkeit) von unterschiedlichen Kieselgelen und Zeolithen sowie von je einem Aluminiumoxid und Alumosilikat werden mittels solvatochromer Sondenmoleküle in Lösungsmitteln verschiedener Polarität bestimmt. Für die Hydridionenübertragung von 1,4-Cyclohexadien auf oberflächengeneriertes Triphenylmethylium wird in den genannten Fest-/Flüssig-Systemen die katalytische Aktivität untersucht und dazu die für den Katalysator normierte Geschwindigkeitskonstante k? [s-1m-2] ermittelt. Korrelationsanalysen zeigen Zusammenhänge zwischen lg k? und den Parametern a, b und p* der Lösungsmittel bzw. Feststoffoberflächen auf und werden diskutiert. Säure-Base-Wechselwirkungen zwischen Lösungsmittel und Katalysator sowie Solvatationseffekte haben einen entscheidenden Einfluss auf Reaktivität und Oberflächenpolarität. In Bezug auf Diffusionsvorgänge und Aktivierungsenergien spielt die Morphologie der Feststoffsäuren eine wichtige Rolle, wie beim Vergleich zwischen nanoporösem silikatischem MCM-41 und konventionellen Kieselsäuren festgestellt wird.

Kernpunkt der Dissertationen ist aufbauend auf langjährigen Arbeiten zur Silicumchemie die Untersuchung analoger Hochtemperaturreaktionen in dem quaternären System Ge-Cl-H-Metall. Als Metalle wurden die germanidbildenden Metalle Ni, Cu und Fe und die primär chloridbildenden Metalle La, Mg und Ca in die Untersuchungen einbezogen. Zunächst werden die Eigenschaften der binären, folgend der ternären und schließlich der quaternären Systeme untersucht. Die Experimente beinhalten Umsetzungen im Strömungsreaktor, isotherme und anisotherme DSC-Messungen mit kinetischer und thermodynamischer Zielstellung teilweise in Kopplung mit FT-IR und MS sowie die entsprechenden Charakterisierungsmethoden (XRD, REM-EDX, chemische Analyse, NMR, FT-IR). Versuchsplanung und Interpretation der Messergebnisse werden begleitet durch umfangreiche thermodynamische Berechnungen. Es resultieren neuartige Ergebnisse zur Reaktivität in den stofflichen Systemen.

Die Siliciumauflösung in Flusssäure-Wasserstoffperoxid- und Flusssäure-Ozon-Lösung ist aufgrund der, aus der Oxidation des Siliciums, formal resultierenden Reaktionsprodukte Wasser und Sauerstoff interessant. Der Auflösungsprozess, speziell die Oxidation des Siliciums / Elektronenlochinjektion ins Siliciumvalenzband, wird – verglichen mit anderen Ätzsystemen für Silicium – massiv kinetisch gehemmt. Ätzprozesse auf Basis dieser Mischungen sind hinsichtlich der geringen bzw. moderaten erzielbaren Siliciumabtragsraten (rSi < 0,02 nm s-1 mit Rissaufweitung in Flusssäure-Wasserstoff-peroxid-Lösungen bzw. rSi < 0,61 nm s-1 mit Oberflächenpolitur in Flusssäure-Ozon-Lösungen) wenig effektiv. Eine Erhöhung der Siliciumabtragsraten gelingt prinzipiell durch die Erhöhung der Konzentrationen siliciumoxidierender Spezies in der Silicium / Elektrolyt-Grenzfläche oder durch Zufügen geeigneter grenzflächenaktiver Elektronenüberträgerspezies. In stark sauren Lösungen wird der Elektronentransfer zusätzlich durch stabilisierende Wasserstoffaustauschprozesse inhibiert. Die Mischungen sind zur Reinigung von Siliciumwaferoberflächen oder feinteiligem Silicium geeignet.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Verallgemeinerung von Reaktions-Diffusions-Systemen auf Subdiffusion. Die subdiffusive Dynamik auf mesoskopischer Skala wurde mittels Continuous-Time Random Walks mit breiten Wartezeitverteilungen modelliert. Die Reaktion findet auf mikroskopischer Skala, d.h. während der Wartezeiten, statt und unterliegt dem Massenwirkungsgesetz. Die resultierenden Integro-Differentialgleichungen weisen im Integralkern des Transportterms eine Abhängigkeit von der Reaktion auf. Im Falle der Degradation A->0 wurde ein allgemeiner Ausdruck für die Lösungen beliebiger Dirichlet-Randwertprobleme hergeleitet. Die Annahme, dass die Reaktion dem Massenwirkungsgesetz unterliegt, ist eine entscheidende Voraussetzung für die Existenz stationärer Profile unter Subdiffusion. Eine nichtlineare Reaktion stellt die irreversible autokatalytische Reaktion A+B->2A unter Subdiffusion dar. Es wurde ein Analogon zur Fisher-Kolmogorov-Petrovskii-Piscounov-Gleichung (FKPP) aufgestellt und die resultierenden propagierenden Fronten untersucht. Numerische Simulationen legten die Existenz zweier Regimes nahe, die sowohl mittels eines Crossover-Argumentes als auch durch analytische Berechnungen untersucht wurden. Das erste Regime ist charakterisiert durch eine Front, deren Breite und Geschwindigkeit sich mit der Zeit verringert. Das zweite, fluktuationsdominierte Regime liegt nicht im Geltungsbereich der kontinuierlichen Gleichung und weist eine stärkere Abnahme der Frontgeschwindigkeit sowie eine atomar scharf definierte Front auf. Ein anderes Szenario, bei dem eine Spezies A in ein mit immobilen B-Partikeln besetztes Medium hineindiffundiert und gemäß dem Schema A+B->(inert) reagiert, wurde ebenfalls betrachtet. Diese Anordnung wurde näherungsweise als ein Randwertproblem mit einem beweglichen Rand (Stefan-Problem) formuliert. Die analytisch gewonnenen Ergebnisse bzgl. der Position des beweglichen Randes wurden durch numerische Simulationen untermauert. / The present work studies the generalization of reaction-diffusion schemes to subdiffusion. The subdiffusive dynamics was modelled by means of continuous-time random walks on a mesoscopic scale with a heavy-tailed waiting time pdf lacking the first moment. The reaction was assumed to take place on a microscopic scale, i.e. during the waiting times, obeying the mass action law. The resultant equations are of integro-differential form, and the reaction explicitly affects the transport term. The long ranged memory of the subdiffusion kernel is modified by a factor accounting for the reaction of particles during the waiting times. The degradation A->0 was considered and a general expression for the solution to arbitrary Dirichlet Boundary Value Problems was derived. For stationary solutions to exist in reaction-subdiffusion, the assumption of reactions according to classical rate kinetics is essential. As an example for a nonlinear reaction-subdiffusion system, the irreversible autocatalytic reaction A+B->2A under subdiffusion is considered. A subdiffusive analogue of the classical Fisher-Kolmogorov-Petrovskii-Piscounov (FKPP) equation was derived and the resultant propagating fronts were studied. Two different regimes were detected in numerical simulations, and were discussed using both crossover arguments and analytic calculations. The first regime is characterized by a decaying front velocity and width. The fluctuation dominated regime is not within the scope of the continuous description. The velocity of the front decays faster in time than in the continuous regime, and the front is atomically sharp. Another setup where reactants A penetrate a medium initially filled with immobile reactants B and react according to the scheme A+B->(inert) was also considered. This problem was approximately described in terms of a moving boundary problem (Stefan-problem). The theoretical predictions concerning the moving boundary were corroborated by numerical simulations.

Die Sauerstoffausscheidung in Silicium wird durch die Höhe der Bordotierung beeinflusst. Mit dem Ziel der Aufklärung der Mechanismen bei der Ausscheidung wurden verschiedene physikalische Messmethoden angepasst und ein breiter Borkonzentrationsbereich charakterisiert. Es wurden die frühen Phasen der Ausscheidungsbildung sowie Komplexbildung als auch das Wachstum der Sauerstoffausscheidungen untersucht. Mithilfe einer neuen Methodenkombination aus alkalischem Ätzen und FTIR-Spektroskopie konnten verschiedene Bor-Komplexe nachgewiesen werden. Die Erkenntnisse über deren Existenz sowie Kinetik wurden numerisch umgesetzt. Mittels Kleinwinkel-Neutronenstreuung wurden erstmals in den frühen Phasen der Sauerstoffausscheidung deren Form und Größe in Abhängigkeit der Borkonzentration bestimmt. Die physikalischen Prozesse, die zu einem beschleunigten als auch anomalen Ausscheidungsverhalten in Abhängigkeit der Borkonzentration führen, konnten teilweise aufgeklärt werden.

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.