In der heutigen chemisch-pharmazeutischen Industrie sind Biokatalysen nicht mehr wegzudenken. Abhängig von der zu realisierenden Biotransformation, wurden signifikante Limitationen vor allem bei der Umwandlung von hydrophoben Substraten identifiziert. Wässrige und organische Einphasenreaktionssysteme treffen hier sehr schnell an ihre Grenzen, sodass nur geringe Ausbeuten realisierbar sind. Eine Alternative stellen mehrphasige Reaktionssysteme dar, wobei hier grundlegend klassische 2-Phasensysteme und Emulsionen unterschieden werden können. Mit Hilfe dieser alternativen Systeme können die bereits genannten Limitationen überwunden werden. Pickering Emulsionen stellen einen Spezialfall der klassischen Tensid stabilisierten Emulsion dar, wobei hier Nano- und Mikropartikel als Stabilisatoren die Tenside an der Tröpfchengrenzfläche ersetzen. Pickering Emulsionen stellen hoch dynamische Systeme dar und trotz kontinuierlicher Forschung auf diesem Gebiet bleiben bisher grundlegende Frage ungeklärt: Welche Parameter für bioaktive w/o Pickering Emulsionen wie Lösungsmittelkomposition, deren Phasenverhältnis, Partikelcharakteristika und -menge, Dispergierverfahren, als auch die Biokatalysatorkonzentration haben auf die Dispersität und Stabilität der Pickering Emulsionen den größten Effekt? Lässt sich eine Vielzahl von Biokatalysatoren in diesem Reaktionssystem einsetzen? Kurzum, eignen sich Wasser in Öl (w/o) Pickering Emulsionen als universelle Reaktionssysteme für effiziente Biokatalysen und stellen somit eine Plattformtechnologie dar? In dieser Studie konnte gezeigt werden, nahezu alle organischen Lösungsmittel, insbesondere leicht wassermischbare Vertreter, können w/o Pickering Emulsionen ausbilden. Ebenso ist eine Stabilisierung sowohl durch Naturstoffpartikel als auch durch hydrophobe und hydrophile Silicon-Compositpartikel realisierbar. In einer umfassenden Charakterisierung der typischen Stellräder für Emulsionen wurden kommerziell erhältliche Lipasen als bioaktive Komponenten zugesetzt, da diese die meistgenutzten Biokatalysatoren in diesem System darstellen. Die Veränderungen der Emulsionsstabilität und Tröpfchengrößen, als Maß der Dispersität, wurden über 24 Stunden erfasst. Hierbei wurde ein maßgebender Einfluss der Proteinkomponente gegenüber allen anderen Parametern wie Partikelmenge, Phasenverhältnis und Dispersionsgeschwindigkeit festgestellt. Proteine mit ihrer amphiphilen Oberflächenbeschaffenheit sind somit nicht nur als Biokatalysatoren, sondern auch als zusätzliche Nanopartikel zu betrachten, die gemeinsam mit hydrophoben Partikeln einen synergetischen und normalisierenden Effekt auf Tröpfchengrößen und Emulsionsstabilität ausüben. Jedoch waren durch Proteinzugabe auch negative Effekte wie Nicht-Etablierung der Emulsion oder eine Phasenumkehr im zeitlichen Verlauf auslösbar, wenn eine Grenzkonzentration überschritten wurde. Hinsichtlich der (bio)chemischen Charakterisierung von enzymbeladenen w/o Pickering Emulsionen konnte deutlich gezeigt werden, kleinere Tröpfchendurchmesser führen zu erhöhten Enzymaktivitäten und besseren Ausbeuten. Im moderat gerührten Batchreaktor wurde die volumetrische Raum-Zeit-Ausbeute um 500% bis 1100% gegenüber dem konventionellen 2 Phasen- und mikroaquatischen Reaktionssystem verbessert. Beim Einsatz von ganzen Zellen im Vergleich zum freien Enzym wurde mit normierter Biokatalysatoraktivität eine Verbesserung auf 130% bis 220% erzielt. Als beste Herstellungsmethodiken konnten das Dispergieren über Schütteln und Zahnkranzdispergierer ermittelt werden. Grenzflächentoxizität, als oft diskutierter Vorgang in Mehrphasensystemen, spielte auch in bioaktiven w/o Pickering Emulsionen eine wichtige Rolle. Es konnte gezeigt werden, hydrophilere Lösungsmittel, wie 2 Methyltetrahydrofuran, sorgten für eine minimierte Grenzflächendenaturierung der Proteine. Hingegen denaturierten hydrophobere Vertreter wie Cyclopentylmethylether und Cyclooctadien einen erheblichen Anteil des gelösten Proteins an der Grenzfläche. Eine eventuelle Kontamination der organischen Produktphase mit gentechnisch veränderten Enzymen durch assimiliertes Protein wurde ebenfalls untersucht. Es konnten geringe gelöste Proteinmengen festgestellt werden, wobei die Spannweite der gelösten Mengen 1 – 4% der Proteingesamtmenge betrug. Hydrophobere Lösungsmittel nahmen generell weniger Protein auf. Für die Evaluation der Verteilung von Substraten und Produkten zwischen beiden flüssigen und der festen Phase der Pickering Emulsion wurden exemplarisch das hydrophilste Substrat und das hydrophobste Produkt getestet. Es wurde keine signifikante Diffusion der gelösten Stoffe in die wässrige bzw. feste Phase ermittelt, insofern konnte eine dauerhaft hohe Bioverfügbarkeit der Substrate in der organischen Phase angenommen werden. Im gerührten Batch konnte eine Übertragung von Ionen zwischen den Dispersionströpfchen nur mit Hilfe von gelstabilisierten Dispersionströpfchen Einhalt geboten werden. Über derartige Modifikationen kann nun auch der Einsatz von mehreren Biokatalysatoren mit verschiedenen pH-Optima und Puffer-Präferenzen verwirklicht werden. Weiterhin konnte die disperse Phase auch gegen stark eutektische Lösungsmittel ausgetauscht werden, sodass Pickering Emulsionen auch als annähernd wasserfreie Reaktionssysteme nutzbar erschienen. In der Risiko- und Anwendungsanalyse über drei Enzymklassen mit drei als „grüner“ klassifizierten Lösungsmitteln in abgestuften Hydrophobizitäten, erwies sich Cyclopentylmethylether als das Lösungsmittel der Wahl für die Etablierung bioaktiver w/o Pickering Emulsionen. Bei der Anwendung verschiedener Biokatalysator-Phänotypen in verschiedenen Reaktionssystemen und Lösungsmitteln, kristallisierten sich bioaktive w/o Pickering Emulsion in Cyclopentylmethylether als produktivstes System heraus. Jedoch wurden bei allen Versuchen inaktivierende Vorgänge auf die verschiedenen Biokatalysatoren beobachtet, wobei Enzyme mit einer augenscheinlichen Gleichverteilung von hydrophoben und hydrophilen Aminosäureresten auf ihrer Oberfläche deutlich bessere Ergebnisse zeigten. In der Anwendung von freiem Enzym und Ganzzell-Biokatalysator, bei normierter Gesamtaktivität, resultierten für den Einsatz in bioaktiven Pickering Emulsionen die ganzen Zellen als beste Biokatalysator-Formulierung. Es wurde signifikant höhere Produktivität sowie auch 300% kleinere Tröpfchen der dispergierten Phase erreicht. Die Modularisierung von Biokatalysen gegenüber One-Pot-Synthesen zeigte ebenfalls deutliche Vorteile in den Kennzahlen der durchgeführten Biotransformation, wobei der jeweilige Prozessschritt an den Biokatalysator angepasst und so ein Optimum an Effizienz erreicht werden kann. Auf diese Weise können biokatalytische Umwandlungen kombiniert werden, die sich im One-Pot-System durch Inhibierungen der angewandten Biokatalysatoren ausschließen würden.:Vorwort/ Danksagung I Zusammenfassung III Abstract VII Liste der Publikationen XIV Abkürzungsverzeichnis und Symbole XIV 1 Einleitung 1 1.1 Biokatalysatoren – Generelle Aspekte und spezielle Vertreter 1 1.2 Angewandte Biokatalyse in Ein-und Mehrphasen-Reaktionssystemen 6 1.3 Pickering Emulsionen - Stand der Technik 14 1.4 Zielstellung der Arbeit: Optimierte bioaktive w/o Pickering Emulsionen 16 2 Material & Methoden 17 2.1 Material 17 2.1.1 Geräte & Zubehör 17 2.1.2 Chemikalien & Kits 19 2.1.3 Puffer 21 2.1.4 Enzyme 22 2.2 Proteinchemische Methoden 22 2.2.1 Bestimmung der Proteinkonzentration - BCA-Test 22 2.2.2 Bestimmung der Proteingröße und -reinheit - SDS-Polyacrylamidgelelektro- phorese (SDS – PAGE) 23 2.2.3 Photometrische Aktivitätsbestimmungen in wässrigem Milieu 24 2.2.4 Zusammenfassung Enzym-Charakteristika 27 2.3 w/o Pickering Emulsion – Essentielle Komponenten und Modifikationen 29 2.3.1 Definition des w/o PE-Standardsystems 29 2.3.2 Partikel zur Stabilisierung von w/o Pickering Emulsionen 29 2.3.3 Siliconbeschichtung von hydrophilen Partikeln und Bakterien 31 2.3.4 Bestimmung der Morphologie und Tröpfchengrößenverteilung 32 2.3.5 Lösungsmittelscreening 33 2.3.6 Phasen-Migration von Proteinen 34 2.3.7 Verteilungskoeffizienten von Substraten und Produkten im triphasischen Reaktionssystem Pickering Emulsion 34 2.4 Biokatalyse in Pickering Emulsionen 35 2.4.1 Bioaktive w/o PE - Definition des Standard-Reaktionssystems 35 2.4.2 Biokompatibilität „grüner“ Lösungsmittel 36 2.4.3 GC – Analytik 38 2.5 Statistische Auswertung der Experimente 40 2.5.1 Gewichteter Mittelwert, interne und externe Konsistenz 40 2.5.2 Lösungsmittelscreening: statistische Auswertung 41 3 Ergebnisse und Diskussion 42 3.1 Modifizierung von Nano-, Mikro- und Naturstoffpartikeln durch Siliconbeschichtung und Anwendungsscreening in w/o PE 42 3.1.1 Hydrophobizität der Silicon-Polymere 42 3.1.2 Morphologie von anorganischen Partikel-Materialien mit und ohne Silicon- Beschichtung 43 3.1.3 Morphologie von Naturstoff-Partikeln mit und ohne Silicon-Beschichtung 47 3.1.4 Partikel-Aggregation und Gegenmaßnahmen 51 3.1.5 Partikel-Screening 53 3.2 Charakterisierung von w/o Pickering Emulsionen im gerührten Batch 59 3.2.1 Pickering Emulsionen in biokatalytisch relevanten organischen Lösungs- mitteln 59 3.2.2 Bioaktive w/o PE - Auswirkung von Enzym – und Proteinmengen 66 3.2.3 Bioaktive w/o PE - Effekte der eingesetzten Partikelkonzentrationen 68 3.2.4 Bioaktive w/o PE - Einfluss der Phasenverhältnisse 70 3.2.5 Bioaktive w/o PE - Einfluss der angewandten Dispergiergeschwindigkeit 71 3.2.6 Bioaktive w/o PE - Herstellungsverfahren und Einfluss auf das Enzym 73 3.2.7 Vergleich 2-Phasensystem und bioaktive w/o Pickering Emulsion im gerührten Batch 75 3.2.8 Tröpfchengröße und Einfluss auf Produktbildung des PE-Systems 77 3.2.9 Phasen-Migration von Proteinen - Evaluation von Enzymwechselwirkungen mit dem Reaktionssystem 79 3.2.10 Verteilungskoeffizienten von Substraten und Produkten in den Standard– Reaktionssystemen 81 3.2.11 Protonen-Transfer zwischen zwei dispergierten Phasen in w/o Pickering Emulsionen 82 3.2.12 Alternative DES/o Pickering Emulsionen für wasserfreie Systeme 83 3.3 Bioaktive w/o Pickering Emulsion: Einschritt-Synthesen 84 3.3.1 Lipasenkatalysierte Umesterung in wässrigem Milieu 84 3.3.2 Carboligation mittels Benzaldehydlyase 86 3.3.3 Reduktionen via Alkoholdehydrogenasen 95 3.3.4 Transaminase 106 3.4 Bioaktive w/o Pickering Emulsionen: Mehrschritt-Synthesen 112 3.4.1 One-Pot-Biokatalyse gegen modularisierte Mehrschritt-Chemo-Biokatalyse 112 4 Bioaktive w/o Pickering Emulsionen als Reaktionssystem für Biokatalysen: Zusammenfassung & Bewertung 117 5 Plattform w/o Pickering Emulsion: Schlussfolgerung und Ausblick 130 6 Literatur 131 Anhang 150 Versicherung 150 Abbildungsverzeichnis 151 Tabellenverzeichnis 158 Download Datensammlung 164 A3.1.5 TMODS-Silicat-NP-Benchmark 165 A3.2.1-1 Lösungsmittel-Screening: physiko-chemische Eigenschaften 167 A3.2.1-2 Regressionsanalyse: Qualität PE gegen alle physiko-chemischen Eigenschaften 171 A3.2.1-3 Optimierte Regressionsanalyse: Qualität PE gegen Molekulargewicht, Dichte und Dampfdruck 173 A3.2.3 Auswirkungen von Protein- und Enzymmengen 175 A3.2.4 Effekte der eingesetzten Partikelmengen 175 A3.2.5 Einfluss der Phasenverhältnisse 176 A3.2.6 Einfluss der angewandten Dispersionsgeschwindigkeit/ -energie 176 A3.3.1 Lipasenkatalysierte Umesterung 177

[pt] O aumento do fator de recuperação e o uso de métodos de recuperação avançada no atual cenário de novos patamares de preços representam um enorme desafio para a indústria do petróleo. Neste contexto, o uso de emulsões óleo-água como um método de recuperação avançada torna-se bastante atrativo. Diversos trabalhos mostraram um aumento no volume de óleo produzido através da injeção de emulsões óleo-água. Resultados de pesquisas experimentais indicam que a injeção de emulsões pode ser utilizada como agente de controle de mobilidade, bem como reduzindo a saturação residual de óleo. A aplicação do método de injeção alternada água-emulsão-água (WAE) requer o entendimento do escoamento de emulsões no meio poroso e dos mecanismos responsáveis pela melhora na recuperação. Este entendimento tanto na escala de poros como na escala de reservatórios permite incorporação destes mecanismos na modelagem para simulação de fluxo de reservatórios. No presente trabalho foi feita a incorporação dos efeitos gravitacionais no modelo desenvolvido para o escoamento de emulsões em meios porosos através da parametrização das curvas de permeabilidade relativa em função da concentração de gotas e do Número de Capilaridade. O processo WAE foi avaliado através de simulações em duas e três dimensões (2D/3D) utilizando um conjunto de camadas do segundo modelo comparativo do SPE10. Com simulações 2D e 3D foi possível realizar um estudo de sensibilidade do processo em relação ao momento da injeção de emulsão, o tamanho do banco, e as faixas de vazão e respectivos números de capilaridades de atuação da emulsão. / [en] In the current crude oil price scenario, the increase in oil recovery factor and the use of enhanced recovery methods represent a major challenge for the Oil Industry. In this context, the use of oil-water emulsion flooding as an enhanced recovery method becomes very attractive. Several studies have shown a significant potential to increase oil volume recovery by the injection of oil-water emulsions. Experimental results indicate that the emulsions injection can be used as a mobility control agent, resulting in a more uniform fluid displacement in the reservoir and lower residual oil saturation. Based on these experimental results, the most relevant parameters for emulsion injection performance effectiveness are droplet size, the local concentration of the dispersed phase of the emulsion and the local capillary number. The application of water alternating emulsion injection (WAE) method requires understanding of the flow of emulsions in porous media and the mechanisms responsible for the improved recovery. The understanding of this process in both porous scale and reservoir scale is fundamental to model emulsion injection effects in reservoir flow simulation. In this work, the gravitational effects was incorporated in the macroscopic model to represent flow of emulsions in porous media by relative permeability curves parametrization as function of emulsion concentration and of the local capillary number. The WAE process was evaluated in two and three dimensional simulations (2D / 3D) using a set of layers of the second SPE 10 comparative model. With 2D and 3D simulations, it was possible to explore a WAE injection performance sensitivity analysis considering the time at which the emulsion injection is started, the size of emulsion bank, and the injection flow rates and consequently the flow their capillary number.

In recent years, water-in-oil Pickering emulsions have been introduced as promising reaction systems for multiphase enzyme catalysis, in particular lipase-catalyzed esterification and transesterification. Here, we for the first time gained insight into the effects that the presence of the proteins exert on the fineness and stability of the emulsion system and thus, the catalytic performance. We demonstrated a distinct, concentration-and enzyme-dependent decrease of droplet sizes in the dispersed phase, accompanied by decreasing stability against coalescence. This was due to a probably quantitative adsorption of lipases at the interphase intercalating the solid particles. Destabilization was reduced slightly at increased particle content and increased volume portion of the dispersed phase, respectively. However, the low tolerable lipase concentrations in the reaction system considerably limited its productivity. Thus, our study points at the enzyme content, or rather enzyme location, in Pickering emulsions being the crucial parameter for optimizing catalytic performance.

Emulsions, comprising dispersed oil or water droplets stabilized by surfactants, are widely employed across industries. However, conventional surfactants raise environmental concerns, and emulsions may encounter stability challenges during storage. A promising alternative lies in Pickering emulsions, where particles adhere irreversibly at the water-oil interface, providing enhanced stability. Recent research explores the use of natural bio-based particles as interfacial stabilizers for creating Pickering emulsions, offering improved stability and environmental friendliness. This significant change towards particle-stabilized emulsions addresses sustainability and efficacy concerns. This dissertation investigates the application of cellulose nanofibrils (CNFs) in stabilizing Pickering emulsions for the development of functional microcapsules with diverse applications. A novel CNF aerogel with a hierarchical pore structure was developed using n-hexane-CNF oil-in-water (O/W) Pickering emulsions as templates. These hollow microcapsule-based CNF (HM-CNF) aerogels demonstrated high oil absorption capacities of 354 grams per gram for chloroform and 166 grams per gram for n-hexadecane, without requiring hydrophobic modifications, highlighting their potential as environmentally sustainable and high-performance oil absorbents. Further, the research explored the microencapsulation of n-hexadecane, an organic phase change material (PCM), within a hybrid shell of CNFs and chitin nanofibers (ChNFs). This method significantly improved the thermal stability of the encapsulated n-hexadecane, with maximum weight loss temperatures increasing from 184 degrees Celsius to 201 degrees Celsius with ChNF loading. The char yield also increased with ChNF content, indicating enhanced thermal degradation resistance. These emulsions demonstrated stability in various ionic solutions and elevated temperatures, showcasing their potential for applications such as thermal energy storage, cosmetics, food, and pharmaceuticals. Additionally, the dissertation examined stable water-in-oil (W/O) inverse Pickering emulsions using TEMPO-treated cellulose nanofibrils (TCNF). These emulsions, stabilized by TCNF-oleylamine complexes, exhibited droplet sizes ranging from 27 micrometers to 8 micrometers depending on TCNF concentration. They maintained stability under varying pH, ionic strength, and temperature conditions and demonstrated the encapsulation of water-soluble components like phytic acid, highlighting their versatility for diverse encapsulation applications. Overall, the research presents significant advancements in the utilization of CNF-stabilized Pickering emulsions, employing them as templates for fabricating aerogels and microcapsules. This approach enhances oil absorption, thermal stability, and encapsulation capabilities, offering eco-friendly solutions for diverse applications.

Aufgrund des großen Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen zeigen Nanopartikel interessante, größenabhängige Eigenschaften, die man im ausgedehnten Festkörper nicht beobachtet. Sie sind daher von großem wissenschaftlichem und technologischem Interesse. Die Herstellung kleinster Partikel ist aus diesem Grund überaus wünschenswert. Dieses Ziel kann mit Hilfe von Mikroemulsionen als Templatphasen bei der Herstellung von Nanopartikeln erreicht werden. Mikroemulsionen sind thermodynamisch stabile, transparente und isotrope Mischungen von Wasser und Öl, die durch einen Emulgator stabilisiert sind. Sie können eine Vielzahl verschiedener Mikrostrukturen bilden. Die Kenntnis der einer Mikroemulsion zugrunde liegenden Struktur und Dynamik ist daher von außerordentlicher Bedeutung, um ein gewähltes System potentiell als Templatphase zur Nanopartikelherstellung einsetzen zu können.<br><br> In der vorliegenden Arbeit wurden komplexe Mehrkomponentensysteme auf der Basis einer natürlich vorkommenden Sojabohnenlecithin-Mischung, eines gereinigten Lecithins und eines Sulfobetains als Emulgatoren mit Hilfe der diffusionsgewichteten 1H-NMR-Spektroskopie unter Verwendung gepulster Feldgradienten (PFG) in Abhängigkeit des Zusatzes des Polykations Poly-(diallyl-dimethyl-ammoniumchlorid) (PDADMAC) untersucht. Der zentrale Gegenstand dieser Untersuchungen war die strukturelle und dynamische Charakterisierung der verwendeten Mikroemulsionen hinsichtlich ihrer potentiellen Anwendbarkeit als Templatphasen für die Herstellung möglichst kleiner Nanopartikel.<br><br> Die konzentrations- und zeit-abhängige NMR-Diffusionsmessung stellte sich dabei als hervorragend geeignete und genaue Methode zur Untersuchung der Mikrostruktur und Dynamik in den vorliegenden Systemen heraus. Die beobachtete geschlossene Wasser-in-Öl- (W/O-) Mikrostruktur der Mikroemulsionen zeigt deutlich deren potentielle Anwendbarkeit in der Nanopartikelsynthese. Das Gesamtdiffusionsverhalten des Tensides wird durch variierende Anteile aus der Verschiebung gesamter Aggregate, der Monomerdiffusion im Medium bzw. der medium-vermittelten Oberflächendiffusion bestimmt. Dies resultierte in einigen Fällen in einer anormalen Diffusionscharakteristik. In allen Systemen liegen hydrodynamische und direkte Wechselwirkungen zwischen den Tensidaggregaten vor.<br><br> Der Zusatz von PDADMAC zu den Mikroemulsionen resultiert in einer Stabilisierung der flüssigen Grenzfläche der Tensidaggregate aufgrund der Adsorption des Polykations auf den entgegengesetzt geladenen Tensidfilm und kann potentiell zu Nanopartikeln mit kleineren Dimensionen und schmaleren Größenverteilungen führen. / Owing to their large surface-to-volume ratio nanoparticles show interesting size-dependent properties that are not observable in bulk materials. Thus, they are of great scientific and technological interest. Thereby, the highly desirable preparation of as small particles as possible might be easily achieved using microemulsions as template phases. Microemulsions are thermodynamically stable, transparent and isotropic mixtures of water and oil stabilized by an emulsifying agent. However, microemulsions may form a great variety of different microstructures. Thus, it is of utmost importance to know the underlying microstructure and microdynamics of a chosen microemulsion system in order to use it as a template phase for nanoparticle formation.<br><br> In the present study complex multi-component microemulsion systems based on a naturally occurring soybean lecithin mixture, purified lecithin and sulfobetaine as emulsifiers were investigated by diffusion-weighted pulsed field gradient (PFG) 1H NMR spectroscopy in the presence and absence of the polycation poly-(diallyldimethylammonium chloride) (PDADMAC). The central topic of this study was to structurally and dynamically characterize the present microemulsions with respect to their potential use in nanoparticle formation.<br><br> The concentration- and time-dependent NMR diffusion measurements turned out to be a suitable and accurate tool to investigate the microstructure and microdynamics of the systems under investigation. They reveal closed water-in-oil (W/O) microemulsion microstructures which prove the potential suitability of the respective systems as template phases for the preparation of nano-sized particles. The overall diffusion behavior of surfactants were found to be governed by varying contributions from displacements of entire aggregates, monomer diffusion in the medium and bulk-mediated surface diffusion, respectively. In some cases this led to a marked anomalous diffusion characteristics. In all systems interactions between aggregates are dominated by hydrodynamic and direct forces.<br><br> The addition of PDADMAC to the microemulsion systems results in a stabilization of the liquid interface of surfactant aggregates due to the adsorption of the polycation at the oppositely charged surfactant film and may potentially lead to nanoparticles of smaller dimensions and narrower size distributions.

Agitated dispersions of one liquid in another immiscible liquid are widely used in chemical industry in operations such as liquid-liquid extraction, suspension polymerisation, and blending of polymers. When holdup of the dispersed phase is increased, in an effort to increase the productivity, at a critical holdup, the dispersed phase catastrophically becomes the continuous phase and vice versa. This phenomenon is known as phase inversion. Although the inversion phenomenon has been studied off and on over the past few decades, the mechanism of phase inversion (PI) has yet not become clear. These studies have however brought out many interesting aspects of PI, besides unravelling the effect of physical and operational variables on PL Experiments show that oil-in-water (o/w) and water-in-oil (w/o) dispersions behave very differently, e.g water drops in w/o dispersions contain oil droplets in them, but oil drops in o/w dispersions contain none, dispersed phase hold up at which inversion occurs increases with agitation speed for w/o dispersions but decreases for o/w dispersions. A common feature of both types of dispersions however is that as agitation speed is increased to high values, inversion holdups reach a constant value. A further increase in agitation speed does not change inversion hold up. Although this finding was first reported a long time ago, the implications it may have not received any attentions. In fact, the work reported in the literature since then does not even mention it. The present work shows that this finding has profound implications. Starting with the finding that at high agitation speed inversion hold up does not change with agitation speed, the present work shows that inversion hold up also does not change with agitator diameter, type of agitator and vessel diameter. In these experiments, carried out in agitated vessel, energy was introduced as a point source. The experiments carried out with turbulent flow in annular region of two coaxial cylinders, inner one rotating, in which energy is introduced nearly uniformly throughout the system, show that the inversion holdup remains unchanged. These results indicate that constant values of inversion holdups for a given liquid-liquid systems (o/w and w/o) are properties of the liquid-liquid systems alone, independent of geometrical and operational parameters. A new hypothesis is proposed to explain the new findings. Phase inversion is considered to occur as a result of imbalance between breakup and coalescence of drops. Electrolytes, which affect only coalescence of drops, were therefore added to the system to investigate the effect of altering coalescence of drops on phase inversion. The experiments performed in the presence of electrolyte KI at various concentrations indicate that addition of electrolyte increases the inversion holdup for both o/w and w/o dispersions for three types of systems: non polar-water, polar-water and immiscible organic-organic. Higher the concentration of electrolyte used, higher was the holdup required for phase inversion. These findings indicate that while the addition of electrolyte increases coalescence of drops in lean dispersions, it has exactly opposite effect on imbalance of breakage and coalescence of drops at high holdups near phase inversion point. The opposite effect of electrolytes in lean and concentrated dispersions could be explained qualitatively, but only in part in the light of a new theory, involving multi-particle interactions. The phase inversion phenomenon is quantified in a simple manner by testing the breakage and coalescence rate expressions available in literature. It has been found that, equilibrium drop size (where breakage and coalescence events are in dynamic equilibrium) approaches infinity near phase inversion holdup which is not an ex perimentally observed fact. To capture the catastrophic nature of phase inversion, two steady state approach is proposed. The two steady states namely the stable steady state and unstable steady state, are achieved by modifying the expression for coalescence frequency on the basis of (i) shear coalescence mechanism and, (ii) recognising the fact that at high dispersed phase holdup the droplets are already in contact with each other at all times and hence rendering the second order coales cence process to a first order one. Using two steady states approach, catastrophic phase inversion is shown to occur at finite drop size.

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La relation entre les peintures chinoise et occidentale apparait comme une rencontre entre l’eau et l’huile. Mélanger les deux étant impossible, comment, dès lors, un artiste entre deux cultures, peut-il faciliter leur dialogue et devenir un passeur ? Cette recherche tente d’associer la technique des matériaux occidentaux avec l’expression du pinceau et de l’encre liés au concept du plein et du vide afin d’explorer des oppositions complémentaires, en créant une réalité diluée dans un contraste harmonisé. La réflexion s’est concrétisée par des peintures en trois formats : la série, le rouleau et l’album, intitulées Musée en peinture. Formats qui permettent d’aborder aussi bien les questions de l’écoulement du temps, de la circulation du regard, de la dynamique spatiale, que celles de l’extension et de la suggestion. Ces peintures interrogent le phénomène du musée en portant un regard ironique, critique et empathique sur les spectateurs et leurs travers. Elles témoignent aussi de la conversation avec les maîtres anciens et d’un cheminement dans les musées. La réalisation de ce musée des musées consiste en un processus de transfert de la photographie vers la composition photographique, puis vers la peinture. Ce processus se rapproche de la structure cinématographique, à partir du montage filmique d’Eisenstein, et de la notion de continuité et de discontinuité de Raoul Ruiz. Avec la boîte de Poussin numérique, on joue à la fois le rôle de peintre, de metteur en scène et de documentariste. Exploré, le passé se mue en espace, en reconstituant le passage du monde réel au monde virtuel, du ça-a-été de Roland Barthes à la notion du ça n’a pas été. / The relationship between Chinese and Western painting appears as a meeting of water and oil. Mixing the two seems impossible, so how can an artist create a dialogue between two cultures and media, effectively becoming a cultural conduit ? This research attempts to combine the techniques of Western materials with the expression of Chinese brush and ink, which is linked to the concept of fullness and tangible versus emptiness and abstract. From here, we explore the complementary opposition, create a “diluted reality” in a harmonized contrast. This reflection, entitled Museum in Painting, is represented in three different formats: the series, the scroll, and the album. These formats allow us to explore ideas of the flow of time, the circulation of the gaze, the spatial dynamics, as well as the topic of Extension and Suggestion. From the satirical, critical, and empathic point of views, we investigate the audience and their quirks, questioning the phenomenon of museum. These works exhibit my intellectual journey through the museum, and the conversation with the old masters. The realization of this museum of museums is a transfer process from photography to digital composition, and then to the painting. It takes the concepts of Eisenstein's film montage and Raoul Ruiz’s continuity and discontinuity to explore its relevance to the cinematographic composition and structure. With the “Digitized Box of Poussin”, we played the role of painter, director and documentary filmmaker to explore the idea of past events becoming a space to re-create a pathway from the real world to the virtual world, from Roland Barthes’ concept of “what happened” to the concept that is put forward that “it didn’t happen”.

This master‘s thesis deals with measurement of liquid dielectric materials (insulators). Above all, it is the different kinds of clean and drinking water, but also transformer oils. There was done theoretical information retrieval about the given topic in this project and on the basis of theory there were realized the relevant measurements of selected properties of liquid dielectric, such as permittivity, capacitance, loss number, conductivity, but also temperature dependence of these parameters. The measurements were realized with the help of product manufactured at the faculty FEKT VUT and with the help of measuring system AGILENT 16452A. The measured results were evaluated, graphically processed and compared.

this thesis complex inverse heat transfer problem, which is focused on optimal design of experiment, is studied. There are many fields and applications in technical practice, where inverse tasks are or can be applied. On first place main attention is focused on industrial metallurgical processes such as cooling of continues casting, hydraulic descaling or hot rolling. Inverse problems are in general used to calculate boundary conditions of differential equations and in this field are used to find out Heat Transfer Coefficient (HTC). Knowledge of numerical approximation of precise boundary conditions is nowadays essential. It allows for example design of optimized hot rolling mill cooling focused on material properties and final product quality. Sequential Beck’s approach and optimization method is used in this work to solve inverse heat transfer problems. Special experimental test bench measuring heat transfer intensity was developed and built to full fill specific requirements and required accuracy. There were four different types of thermal sensor applied and studied. Those sensors are in usage in Heat Transfer and Fluid Flow laboratory (Heatlab) at various experimental test benches. Each specific sensor was tailored in Heat Transfer and Fluid Flow Laboratory to specific metallurgical application. Fist type of sensor was designed to simulate cooling during continuous casting. Second sensor is used for experiments simulate hot rolling mill cooling, while third sensor is designated for experiments with fast moving hot rolled products. Last sensor is similar to sensor type one, but thermocouple is located parallel to cooled surface. Experimental part of this study covers series of measurements to investigate Heat Transfer Coefficient (HTC) for various types of coolant, cooling mixtures and spray parameters. Results discovered in this study were compared with published scientific articles, and widely extend the knowledge of cooling efficiency for commonly used