Themen für Bachelor-, Vertiefungs- und Masterarbeiten

Entwicklung von Immobilisierungsmethoden für anorganische phase change materials auf Basis von Salzhydraten

Themen für Masterarbeiten (M. Sc. Felix Marske):

Latente Wärmespeichermaterialien, sogenannte phase change materials (PCMs), können bei ihrem Phasenübergang sehr viel Energie auf einem geringen Volumen speichern. Ein Phasenübergang kann im einfachsten Fall bei organischen PCMs ein Aggregatzustandswechsel von fest zu flüssig sein oder bei anorganischen PCMs wie Salzhydraten die Abgabe oder Aufnahme von Kristallwasser. Für die Nutzung von PCMs in Gebäuden muss der Phasenübergang durch einen Temperaturwechsel während des Temperaturverlaus am Tag und in der Nacht initiiert werden, weshalb das PCM-Material eine Schmelztemperatur in einem Bereich von 10-60 °C aufweisen sollte. Um die Materialeigenschaften von einem PCM zu verbessern, werden diese in verschiedene Baumaterialien wie Beton, Silika und Graphite eingebracht und so am Austritt gehindert.
Im Vergleich zu organischen PCMs gibt es für anorganische PCMs nur wenig Methoden zur Immobilisierung in einem porösen Trägerstoff. Deshalb ist Ziel der Masterarbeit, verschiedene Methoden zu entwickeln, um Salzhydrate in porösen Trägerstoffen mit hohen Wärmeleitfähigkeiten zu immobilisieren. Durch die Immobilisierung sollen die typischen Nachteile von anorganischen PCMs wie Phasensegregation, Unterkühlungserscheinungen und Korrosionseffekte an Metallbehältern vermieden werden. Zur Charakterisierung sollen folgende Analysetechniken genutzt werden: diffuse Reflexions-Fouriertransformationsinfrarotspektroskopie (DRIFTS), Quecksilberporosimetrie, Rasterelektronenmikroskopie, Lichtmikroskopie, Wärmeleitfähigkeitsmessungen, Thermogravimetrie, Differenzthermoanalyse, Röntgen-Pulverdiffraktometrie, dynamische Differenzkalorimetrie.

Das Projekt ist eine Kooperation zwischen der Universität Leipzig und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, die Arbeiten können aber in Leipzig durchgeführt werden.

In situ Hydrophobierungsmethoden an Silika-basierten Wärmedämm-materialien zur Erhöhung der Witterungsbeständigkeit

Themen für Vertiefungsarbeiten (M. Sc. Felix Marske):

Weltweit wird etwa ein Viertel des primären Weltenergiebedarfs für das Heizen von Gebäuden genutzt. Da die klassischen Wärmedämmmaterialien zahlreiche Nachteile wie Brennbarkeit, schlechten Schutz vor Sonnenlicht und erhöhtes Gefahrenpotential beim Verbauen bergen, müssen neuartige Wärmedämmmaterialien für die Zukunft entwickelt werden.
In dieser Arbeit sollen solche neuartigen Wärmedämmmaterialien auf der Basis von porösen Silika-Xerogelen mittels Sol-Gel Prozess hergestellt werden und über verschiedene Methoden in situ hydrophobiert werden. Da die Porosität der Xerogele essentiell für ihre wärmedämmenden Eigenschaften ist und bei Wassereintritt durch Witterung zerstört werden kann, liegt der Fokus dieser Vertiefungsarbeit auf der Untersuchung von verschiedenen in situ Hydrophobierungsmethoden. Zur Charakterisierung der hydrophoben Silika-Xerogele sollen folgende Analysetechniken genutzt werden: Kontaktwinkelmessung, Gaschromatographie mit Massenspektrometrie, diffuse Reflexions-Fouriertransformationsinfrarotspektroskopie (DRIFTS), Quecksilberporosimetrie, Rasterelektronenmikroskopie, Lichtmikroskopie, Wärmeleitfähigkeitsmessungen über Hot Disk Verfahren, Thermogravimetrie und Differenzthermoanalyse.

Das Projekt ist eine Kooperation zwischen der Universität Leipzig und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, die Arbeiten können aber in Leipzig durchgeführt werd

Bleiglasrecycling und Herstellung von innovativen Dämmmaterialien aus porösem Glas

Themen Vertiefungs- und Masterarbeiten (M. Sc. Maximilian Münzner):

Ziel der Arbeit ist es eine Schaumglasplatte mit guten Dämmeigenschaften und damit geringen Wärmeleitfähigkeitswerten zu erhalten. Als Ausgangmaterial für die Herstellung der Schaumglasplatte wird nicht recycelbares Bleiglas aus Röhrenmonitoren verwendet. Das Bleiglas wird bei 1600 °C aufgeschmolzen um ein phasenseparierbares Glas zu erhalten. Durch anschließende Prozessschritte werden poröse Schaumglasplatten erhalten und das Blei „in-situ“ gewonnen. Für die Charakterisierung der Schaumglasplatten werden folgende Analysetechniken verwendet: Stickstofftieftemperaturadsorption, Quecksilberporosimetrie, Partikelanalyse, Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie, Thermogravimetrie, Differenzthermoanalyse, Wärmeleitfähigkeitsmessung und Heliumpyknometrie.

Herstellung poröser Alumosilicate via Sol-Gel-Chemie

Themen für Vertiefungs- und Masterarbeiten (M. Sc. Richard Kohns):

  • Synthese und Charakterisierung stabiler, hierarchisch strukturierter Alumoslicate mittels Sol-Gel-Chemie
  • Gezielte Kontrolle der Poreneigenschaften und des Aluminiumgehaltes der hergestellten Xerogele unter Verwendung alternativer Reagenzien (z. B. Harnstoff)
  • Entwicklung bzw. Optimierung des Einhausungsprozesses zur Anwendung als Mikro-Flow-Reaktor

Mechanochemische Synthese aluminium- und eisenbasierter Spinelle

Themen für Masterarbeiten (M. Sc. Jan Herwig):

Grundgedanke dieser Forschungsarbeit ist die Synthese verschiedener Mischmetalloxide über Nassmahlung mittels einer Hochleistungsmühle. Verglichen mit etablierten Syntheserouten, wie z.B. dem Sol-Gel-Prozess oder Fällungsreaktionen, bietet diese Methode unter dem Aspekt der „Green Chemistry“ den Vorteil einer „lösungsmittelfreien“ Synthese. Ausgehend von einer wässrigen Suspension der reinen Metalloxide, wird diese mit Mahlkörpern versehen und in einer Ringspaltmühle im Kreislauf geführt, sodass durch die kontinuierliche Mahlung Partikel im sub-Mikrometerbereich entstehen. Aufgrund der sehr feinen Mahlung gelingt es bereits Festkörperreaktionen an den Berührungsflächen der Oxidpartikel zu ermöglichen, bzw. die verschiedenen Oxidspezies in räumliche Nähe zueinander zu bringen. Durch diese räumliche Nähe wird eine Festkörperreaktion unter Thermobehandlung deutlich begünstigt. Es kommt dabei zur Entstehung von Spinellen (MAl2O4 bzw. MFe2O4), in denen eine hohe Dispersion der Metalle vorliegt. Die Arbeit beinhaltet die systematische Untersuchung verschiedener Syntheseparameter, wie z. B. Mahlgeschwindigkeit, Ausgangskorngröße und Feststoffanteil der Suspension und beruft sich auf etablierte Charaktersierungsmethoden, wie z. B. Partikelgrößenmessung, N2-Tieftemperaturadsorption, Röntgen-Pulverdiffraktometrie und elektronenmikroskopische Untersuchungen. Das Projekt ist eine Kooperation zwischen der Universität Leipzig und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg.

Neuartige Sol-Gel- und Schaum-Synthesen des Aluminiumoxids

Mittels Sol-Gel-Chemie lassen sich viele Metalloxide in den unterschiedlichsten (mikroskopischen) Strukturen und (makroskopischen) Formen herstellen. Im Vordergrund steht die Erforschung hierarchischer Porensysteme durch polymerinduzierte Phasenseparation. Die Formgebung ist dabei ein wichtiger Faktor, der bisher nur unzureichend beherrscht wird.

Ausgehend vom reinen Al2O3-System werden auch Übergangsmetallmischoxide (Spinelle) erzeugt, die potentiell schon katalytisch aktiv sind. Das Hauptaugenmerk liegt auf der Synthese und Formgebung von makroporösem α-Al2O3 (sowohl in reiner als auch in Spinellform) als Katalysatorträger für Hochtemperaturanwendungen (> 1000°C).

Themen für Bachelor-, Vertiefungs- oder Masterarbeiten (Dipl.-Chem. Simon Carstens):

  • Synthese und Charakterisierung hierarchischer Al2O3-Materialien mittels klassischer (dynamischer) und/oder neuartiger (statischer) Sol-Gel-Synthesen
  • Gezielte Kontrolle der Phasenübergänge des Aluminiumoxids, insbesondere Herabsetzung der Umwandlungstemperatur θ => α durch verschiedene Additive
  • Herstellung stabiler Formkörper durch direktes Schäumen (Polyurethan) und Sintern

Oberflächencharakterisierung poröser Materialien mittels Inverser Gaschromatographie

Themen Vertiefungsarbeiten (M. Sc. Ralf Meyer):

Bestimmung von Kontaktwinkeln an porösen Materialien durch Adsorption- und Desorptionsprozesse

In heterogen katalysierten Systemen spielen die Wechselwirkungen Phasengrenzen eine entscheidende Rolle für den erfolgreichen Umsatz. Die Intensität dieses Phasenkontaktes wird durch die Messgröße „Oberflächenenergie“ bestimmt und setzt sich aus einem dispersiven und einem polaren Anteil zusammen, welche zusammen die attraktiven Wechselwirkungen vollständig beschreiben. Zur Bestimmung dispersiver Wechselwirkungen (Van der Waals Kräfte) ist die Inverse Gaschromatographie bereits ein etabliertes analytisches Verfahren.
Ziel des Vertiefers soll es jedoch sein, auch den polaren Anteil der Oberflächenenergie mit Hilfe der Inversen Gaschromatographie zu charakterisieren um somit eine gesamtheitliche Beschreibung des zu untersuchenden Materials zu ermöglichen. Dazu werden poröse Gläser in als Säulenmaterial eingesetzt und Einflüsse von Porosität und Oberflächenmodifikationen untersucht.

Pseudomorphe Transformation

Themen für Bachelor- und Masterarbeiten (Dr. Hans Uhlig und M. Sc. Stephan Sander):

Der Begriff "pseudomorphe Transformation" stammt aus der Mineralogie und beschreibt eigentlich die Kristallisation eines Minerals in einer für diesen Stoff untypischen Struktur. In der Glasforschung an porösen Gläsern beschreibt der Begriff die Auflösung der Glasstruktur und gleichzeitig Neubildung einer MCM-41-ähnlichen Silikatstruktur in den Porenwänden eines porösen (Silikat-)Glases. Dazu wird die Porenwand des Glases durch eine Base teilweise aufgelöst und anschließend um ein strukturgebendes Tensid erneut gefällt. So entsteht in den Porenwänden des Ausgangsglases ein zweites Porensystem aus hexagonal angeordneten Zylinderporen. Limitiert wird diese Umwandlung jedoch bisher durch die zugesetzte Menge an Base, die für die Auflösung des Silikanetzwerks des Glases sorgt. Denn für die Pseudomorphe Transformation wird CTAOH, ein basisches Tensid verwendet, wodurch die Menge an Base an die Menge an Tensidmolekülen gekoppelt ist.
Ziel der Arbeit soll es sein, Wege zu untersuchen, um diese Limitierung zu umgehen. Dies kann z. B. durch den Zusatz weiterer basischer Lösungen (NaOH oder andere) erfolgen. Die hergestellten Materialien sollen mittels Stickstofftieftemperatursorption, Quecksilberintrusion, XRD und anderen Charakterisierungsmethoden untersucht werden.
Das Projekt ist eine Kooperation zwischen der Universität Leipzig und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, kann aber vollständig in Leipzig durchgeführt werden.

Untersuchung der Entmischung von Shirazu-Gläsern

Themen für Bachelor- und Masterarbeiten (M. Sc. Stephan Sander):

Die Herstellung poröser Gläser mittels Phasenseparation ist in der Literatur eingehend beschrieben. Das am häufigsten untersuchte System ist Natriumborosilikatglas. Ein weiterer, unbekannter Vertreter ist poröses Shirazuglas, dass aufgrund der verwendeten Vulkanasche als Ausgangsprodukt nach dem namensgebenden Shirazuvulkan benannt ist. Dieses Glas zeigt ganz spezielle Eigenschaften, die speziell für die Herstellung besonders großporiger poröser Gläser sehr interessant sind. Nicht abschließend geklärt ist allerdings, auf welche Zusammensetzung- oder Struktur-Eigenschafts-Beziehung diese besonderen Eigenschaften zurückzuführen sind. Bei Shirazugläsern handelt es sich jedoch um 8-Komponentengläser. Erklärungsversuche aus der Literatur sollen deshalb in dieser Arbeit geprüft und weitere Glaszusammensetzungen untersucht werden. Dazu werden in dieser Arbeit Glasblöcke selbst geschmolzen und daraus poröse Gläser hergestellt, die anschließend mittels Quecksilberintrusion und anderen Charakterisierungsmethoden hinsichtlich der resultierenden Eigenschaften untersucht werden sollen. Das Projekt ist eine Kooperation zwischen der Universität Leipzig und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, kann aber vollständig in Leipzig durchgeführt werden.

Untersuchungen zur spinellbasierten Schwartzwalder-Replikation offenzelliger Schaumtemplate

Themen für Vertiefungs- und Masterarbeiten (M. Sc. Jan Herwig):

Im Verlauf dieser Arbeit sollen systematische Untersuchungen zur templatgestützten Schwartzwalder-Replikation durchgeführt werden. Diese Replikationsmethode bietet, ausgehend von einer Vielzahl unporöser und poröser Granulate, die Möglichkeit einer Formgebung durch Imprägnierung offenzelliger Schaumtemplate mit Schlickersuspensionen. Durch gezielte Variation der Schlickerzusammensetzung kann das Imprägnierungsverhalten gesteuert werden und die Beschichtungsdicke variiert werden. Durch eine anschließende Thermobehandlung wird das organische Templat entfernt, wodurch ein dem Templat entsprechendes Replikat aus dem Ausgangsgranulat zurück bleibt. Als Granulat werden aluminiumbasierte Spinelle (MAl2O4), dotiert mit Übergangsmetallen eingesetzt, welche eine mögliche Testung der Replikate in katalytischen Testreaktionen erlauben. Zur weiteren Charakterisierung der gebildeten Produkte werden etablierte Methoden wie Quecksilber-Porosimetrie, Stickstoff-Tieftemperaturadsorption, Röntgen-Pulverdiffraktometrie und Elektronenmikroskopische Untersuchungen verwendet, um mögliche strukturelle Einflüsse der Replikation und Suspensionszusammensetzung zu untersuchen. Das Projekt ist eine Kooperation zwischen der Universität Leipzig und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, die Arbeiten können aber in Leipzig durchgeführt werden.

Wärmeisolation, Wärmeleitung, Polymersilikate, Hochtemperatursynthesen, Metalloxidschäume

Themen für Bachelor-, Vertiefungs- und Masterarbeiten (M. Sc. Christian Splith):

  • Untersuchung des Einflusses verschiedener grenzflächenaktiver Stoffe auf die Phasenseparation während des Sol-Gel-Prozesses
  • Verifizierung unterschiedlicher Expandermoleküle auf die Ausbildung von Mesoporen als kalte in-situ Porenaufweitung
  • Untersuchung von Effekten während des Up-Scalings von Sol-Gel-Synthesen
  • Synthese von TEOS basierten Gelen zur Untersuchung des Einflusses von Poreneigenschaften auf die Wärmeleitfähigkeit
  • Grundlagenuntersuchung zur TEOS-freien Synthese von Silica-Xerogelen
letzte Änderung: 18.01.2018