Zugl.: Bonn, Univ., Diss., 2009

Zugl.: Saarbrücken, Univ., Diss., 2009

Zugl.: Darmstadt, Techn. Univ., Diss., 2008

Zugl.: Magdeburg, Univ., Diss., 2008

Techn. Hochsch., Diss., 2005--Aachen.

This thesis aims to measure and model diffusive mass transfer processes during all three steps of biopolymer aerogel production using 1-D Raman spectroscopy: gelation in aqueous media, solvent exchange to an organic solvent, and supercritical drying using CO2. For the gelation step, the CO2 induced gelation of pectin gels was investigated. It could be shown that the liquid gelling solution likely solidifies immediately upon contact with CO2 and that therefore diffusion is the only relevant mass transfer mechanism. Solvent exchange and supercritical drying of cylindrical gel monoliths were exemplarily analyzed using agar and whey protein isolate gels. A convective mass transfer model that includes both, diffusion and advection due to volume changes upon mixing was implemented with the effective diffusion coefficient being the sole fit parameter. It was shown that advection can play a decisive role during supercritical drying due to the high excess volume of the CO2+EtOH system. In order to calculate the excess volume during supercritical drying, non-saturated binary mixture densities were experimentally determined for the four binary systems of CO2+EtOH, acetone, acetonitrile and DMSO from 308-333 K and 6-12 MPa over the whole composition range in the single-phase region. Tortuosity factors derived from the experimentally determined effective diffusion coefficients during solvent exchange and supercritical drying differed by a factor of two, although the gels did not show any shrinkage. This contradiction could be attributed to an incorrect prediction of the binary diffusion coefficient of EtOH+CO2 in common aerogel literature. Stepwise supercritical drying was then employed to experimentally analyze the true composition dependency of the binary diffusion coefficient of EtOH+CO2. Especially when solvent exchange is performed in onesingle step, unwanted shrinkage of the gel matrix can occur. It was shown that shrinkage leads to a heterogeneous density distribution of the gel network with a compaction towards its center. Most of the shrinkage takes place during the very beginning of solvent exchange when EtOH can be detected in the outermost layers only and that further shrinkage is prevented by a sharp increase in gels stiffness.

Die Qualität der hergestellten Brennstoffpellets wird wesentlich vom Holzanteil und Wassergehalt des Pelletiergutes sowie von der Presskanallänge der eingesetzten Pelletpresse bestimmt. Werden die Pellets ohne Holzzusatz aus Braunkohlenxylit hergestellt, erreichen diese nahezu das Festigkeitsniveau kommerzieller Holzpellets. Wesentlich für das Trocknungsverhalten von Xylit- und Xylit-Holz-Pellets ist deren Zusammensetzung, die Trocknungstemperatur ist nur von untergeordneter Bedeutung. Als domininierender Bindemechanismus konnte der Faserformschluss identifiziert werden, wobei dieser durch Adhäsions- und Kristallisationseffekte infolge der hydro-mechanischen Aktivierung des Rohmaterials im Nassaufschlussprozess begünstigt wird. Die Xylit- und Xylit-Holz-Pellets erfordern eine auf im Vergleich zu Holzpellets aschereiche Brennstoffe ausgelegte Feuerungstechnik, wobei durch die Holzzugabe verbrennungstechnische Vorteile wie geringere NOx- und SO2-Emissionen erreicht werden können.

Im Rahmen der Arbeit wurde die Pelletierung von Braunkohlenfaserholz (Braunkohlenxylit) in Kombination mit unterschiedlichen Biomassen (Holzhackschnitzel, Waldhackschnitzel, Rapsstroh, Weizenstroh) untersucht, wobei für die Pelletierung Ring- und Flachmatrizenpressen eingesetzt wurden. Zudem wurde der Einfluss unterschiedlicher Bindemittel (Kartoffelstärke und Zellleim) auf die Agglomeratqualität untersucht. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Pelletierung von Xylit-Biomasse-Mischungen, unter Beachtung der spezifischen Rohstoffeigenschaften und des Pressaggregats, problemlos möglich ist. Allerdings erreichen die bisher hergestellten Verbundpellets noch nicht die Qualität von Holzpellets.

Zugl.: Bonn, Univ., Diss., 2009

Techn. Universiẗat, Diss., 2004--Darmstadt.