Themen für Bachelor-, Vertiefungs- und Masterarbeiten

Bachelor-, Vertiefungs- und Masterarbeiten nehmen eine wichtige Stellung im Studium ein. Bachelor- und Masterarbeit führen zum akademischen Grad und markieren den Abschluss des Studienabschnitts. Die Begleitung der Studierenden bei diesen Arbeiten ist uns daher sehr wichtig. Innerhalb unserer Forschungsgebiete beraten wir die Studierenden bei der Themenauswahl und formulieren gemeinsam die Ziel- und Aufgabenstellungen der Arbeiten. Während der Arbeit werden die Studierenden durch Doktoranden und Gruppenleiter und das gesamte Team des Arbeitskreises unterstützt. Die intensive wissenschaftliche Betreuung der Studierenden setzt sich auch bei der Planung und Abfassung der schriftlichen Qualifikationsarbeiten fort. Die individuelle Leistung der Studierenden wird so durch das Team des Arbeitskreises gefördert. Gemeinsame Freizeitaktivitäten des Teams sorgen für den Ausgleich zur wissenschaftlichen Arbeit.

Werden Sie ein Teil dieses Teams!

Diffusion und Reaktionsdynamik

Untersuchung der Phasentrennung in binäre und ternäre Flüssigkeitsgemischen mittels 129Xe-NMR-Spektroskopie

Die Bestimmung der Reaktionsgeschwindigkeiten in chemischen Umwandlungen beruht auf der Analyse der Reaktantenmengen, meistens durch ex-situ-Techniken, wie Chromatographie. Als alternativen Ansatz haben wir ein neues Verfahren unter Verwendung von 129Xe-NMR-Spektroskopie entwickelt, um den Reaktionsfortschritt in flüssigen Mischungen in-situ untersuchen zu können. Dieses beruht auf der Beobachtung von wesentlichen Differenzen chemischer Verschiebungen von Xenon, welches in jede der Mischungskomponenten eingebracht wurde. Zu Beginn der Reaktion weisen diese zunächst schlechte Mischbarkeit auf. Als Beispiel für eine hierfür geeignete Reaktion wird die basenkatalysierte Umesterung von Sonnenblumenöl mit Methanol in Fettsäuremethylester und Glycerin betrachtet. Doch für die korrekte Interpretation der gewonnenen Daten für dieses Reaktionssystem werden Voruntersuchungen des flüssigen Mischungssystems unter Gleichgewichtsbedingungen (ohne Katalysator) benötigt.

Themen für Bachelor-, Vertiefungs- und Masterarbeiten (Ansprechpartner: Dr. Muslim Dvoyashkin):

  • Einstellung des Aufbaus für die Probenvorbereitung sowie die Probenvorbereitung selbst für die NMR-Experimente. Letzteres wird durch eine Druckbeaufschlagung der Flüssigkeiten für die Reaktion, beispielsweise Triglyceride, Methanol und Fettsäuremethylester, mit bis zu 10 bar Xenondruck durchgeführt.
    Zu erwerbende Fertigkeiten: Erfahrung mit Hochvakuumapparatur für die NMR-Probenvorbereitung, Erfahrung mit Swagelok-Teilen
  • Abschätzen der Verteilung von Xenon in den flüssigen Mischungen anhand von 129Xe-NMR-Signalen für gegebene Volumina von Flüssigkeiten und Xenondrücken unter Gleichgewichtsbedingungen.
    Zu erwerbende Fertigkeiten: Grundlagen der NMR
  • Durchführen von NMR-Experimenten, Auswertung der NMR-Daten für eine Reihe von flüssigen Mischungen, Erhalten von Intensitäten und die chemischen Verschiebungen von gelöstem Xenon für eine Anzahl verschiedener Flüssigkeitsmischungen. Erhalten binärer oder ternärer Phasendiagramme aus den NMR-Daten unter Verwendung geeigneter Modelle.
    Zu erwerbende Fertigkeiten: Umgang mit TopSpin-Software für die NMR-Datenverarbeitung, Grundkenntnisse in Thermodynamik von Flüssigkeitsgemischen

Emissionsreduzierung

Entwicklung von Katalysatoren für Niedertemperatur Selektive Katalytische Reduktion von NOx-haltigen Abgasen in Gegenwart von Ammoniak

Die Entstickung von industriellen NOx-haltigen Abgasen aus stationären Emissionsquellen wird heutzutage durch selektive katalytische Reduktion (SCR) in Gegenwart von Ammoniak als Reduktionsmittel an V2O5-WOx/TiO2 (oder V2O5-MoOx/TiO2) Katalysatoren durchgeführt. Um den SCR-Prozess energieeffizient zu gestalten, sollen die Reaktionstemperaturen von ca. 400 °C auf ca. 200 °C durch Ansatz von niedertemperaturaktiven Katalysatoren abgesenkt werden. Hierzu sollen ökologisch bedenkliche V- und W-Oxide durch kostengünstige und weniger giftige Mn-, Fe- bzw. Cu-Oxide als aktive Katalysatorkomponente ersetzt werden. Mit dem Ziel die Entstickung von NOx-haltigen Abgasen bei niederen Temperaturen zu gewährleisten, sollen Katalysatoren auf der Basis von Alumina, Titania und Aktivkohle hergestellt und umfassend physikalisch-chemisch charakterisiert werden. Zur Aufklärung der SCR-DeNOx-Aktivität und Resistenz gegen Katalysatorvergiftung durch Wasserdampf und SOx sollen online IR-spektroskopische und temperaturprogrammierte Untersuchungen zur Adsorption/Desorption von NOx bzw. Ammoniak im trockenen Gasfluss und in Gegenwart von SO2 durchgeführt werden.

Themen für Bachelor-, Vertiefungs- und Masterarbeiten (Ansprechpartner: Dr. W. Suprun):

  • Synthese und Charakterisierung von eisenoxidhaltigen Katalysatoren für die Niedertemperatur-SCR-DeNOx-Reaktion in Gegenwart von Ammoniak
  • Synthese und Charakterisierung von Mischoxidhaltigen Katalysatoren für die Niedertemperatur SCR-DeNOx-Reaktion in Gegenwart von Ammoniak
  • DRIFT- und TPD-Untersuchungen von Ad- und Desorptionsvorgängen von NOx und NHin Gegenwart von Sauerstoff und SOx an ÜMO haltigen porösen Materialien
  • Herstellung von hydrophobierten Katalysatoren und deren Einsatz in der Niedertemperatur-Entstickung von feuchten NOx-Abgasen

 

Bewertung von Ad- und Desorptionsvorgängen von NOx bzw. NH3 an geträgerten Übergangsmetalloxiden (ÜMO)

Thema für eine Masterarbeit (Ansprechpartner: Dr. W. Suprun, Dr. J. Böhm):

Für SCR-DeNOx-Reakionen, welche in Gegenwart von Ammoniak oder einem organischen Reduktionsmittel, mit Sauerstoffüberschuss und an ÜMO nach einem Redox-Mechanismus ablaufen, wird postuliert, dass die geschwindigkeitslimitierenden Schritte die Aktivierung von Reduktantmolekülen und die katalytische Oxidation von NO zu NO2 sind. Unter der Berücksichtigung, dass DeNOx-SCR-Reaktionen entweder nach einem Langmiur-Hinshelwood-Mechanismus oder nach einem Eley-Rideal-Mechnismus ablaufen, stellt die Adsorption von Ammoniak bzw. NOx aus der Gasphase und die Wechselwirkung zwischen an der Katalysatoroberfläche adsorbierten NOx-Spezies eine Schlüsselrolle dar. Hierzu sollen aus den primär erhaltenen NOx bzw. NH3-TPD-Ergebnissen (Desorptionsprofile, totale NOx-Adsorptionskapazität bzw. Aciditätsdichte) für ÜMO-haltige Katalysatoren einige kinetische Parameter, wie spezifische Beladungen und Aktivierungsenergie der Desorption von NOx bzw. NH3-Spezies bestimmt werden. Das Thema umfasst somit DRIFT- und temperaturprogrammierte Untersuchungen zur Ad- und Desorption von NOx bzw. Ammoniak an Cu-, Fe- und Co-oxidhaltigen Alumina.

Die Temperaturabhängigkeit der Desorption wird durch die Polanyi-Wigner-Gleichung beschrieben. Im zweiten Teil soll durch numerische Untersuchungen eine Bestimmung der Beladung und der Aktivierungsenergie der Desorption erfolgen. Zu diesem Zweck werden die Programme Berkeley Madonna und INTEG genutzt.

Energiespeicherung und –wandlung

Nanoporöse Kompositmaterialien als thermochemische Energiespeicher

Thermochemische Energiespeicher stellen eine attraktive Form der modernen Energietransformation dar. Sie werden sowohl zur zeitvariablen Bereitstellung von Kälte oder Wärme genutzt. Zur Effizienzsteigerung werden jedoch Materialien mit erhöhter Energiespeicherdichte benötigt. Zu diesem Zweck können hygroskopische Salze (und Salzmischungen) auf nanoporösen Trägern genutzt werden, die durch Wasseraufnahme Wärme abgeben bzw. durch Wasserabgabe (Trocknung) Wärme speichern. Hierzu sind zum einen geeignete Salze und Salzmischungen sowie geeignete Trägermaterialien zu identifizieren. Es sollen hygroskopische Salze (und Salzmischungen) mit verschiedenen Beladungen auf unterschiedliche Trägermaterialien aufgebracht werden und umfassend physiko- und thermochemisch charakterisiert werden.

Themen für Bachelor-, Vertiefungs- und Masterarbeiten (Ansprechpartner: Dr. Steffen Beckert):

  • Untersuchung der Ad-/Desorption von Wasser an Kompositmaterialien zur Energiespeicherung
  • Stabilitätsanalyse der Speichermaterialien unter zyklischer hydrothermaler Belastung
  • Identifikation von Herstellungsrouten für Salz/Zeolith-Komposite, insbesondere mit dem Ziel hoher Salzbeladungen
  • Steigerung der thermochemischen Wärmespeicherdichte und -leistung an Zeolithen bei niedrigen Luftfeuchten
  • Aufklärung der räumlichen Verteilung und Form (kristallin oder amorph, wasserfrei oder hydratisiert) der Salze innerhalb von Salz/Zeolith-Kompositen
  • Untersuchung des Einflusses vom Porenradius adsorptionspassiver Trägermaterialien auf die thermochemischen Eigenschaften
  • Identifikation und thermochemische Charakterisierung von Kompositen basierend auf Mischungen hygroskopischer Salze

 

Neuartige Materialien für die photokatalytische Wasserspaltung

Die direkte Umwandlung solarer in speicherbare chemische Energie stellt eine attraktive Alternative zu fossilen Brennstoffen in Aussicht. Trotz einer intensiven Forschung innerhalb der zurückliegenden Jahrzehnte ist die photokatalytische Wasserspaltung mechanistisch nur unzureichend verstanden. Aktuelle Untersuchungen belegen, dass Magnesiumchromit eine ungewöhnliche kristallitgrößenabghängige photokatalytische Aktivität aufweist. Das mechanistische Verständnis dieses Effekts ist Gegenstand derzeitiger Forschungen.

Thema für Bachelor-, Vertiefungs- und Masterarbeiten (Ansprechpartner: Dr. Steffen Beckert):

  • Synthese und photokatalytische Untersuchung von Magnesiumchromit-Kristallen mit unterschiedlichen Kristallitgrößen

Innovative Katalysatorsysteme

Neuartige Trägermaterialien für die Immobilisierung von Enzymen

Verglichen mit chemischen Katalysatoren weisen Enzyme einige Vorzüge bezüglich der milden Reaktionsbedingungen, sowie der Chemo-, Regio- und Stereoselektivität auf. Neben den Vorteilen der Biokatalyse für den Einsatz in grünen und nachhaltigen Prozessen, zeigen sie jedoch Nachteile in ihrer Anwendung in Lösung. Die Rückgewinnung sowie Wiederverwendung ist dabei kaum möglich. Dazu kommen noch die kurze Langzeitstabilität sowie die hohen Kosten der Isolierung und Aufreinigung der Enzyme. Diese Nachteile werden mittels einer Immobilisierung auf Trägermaterialien umgangen. Silika-Materialien sind als Trägermaterialien aufgrund ihrer thermischen, mechanischen und chemischen Stabilität und ihrer einstellbaren Porenweiten vielversprechend. Neue Silika-Trägermaterialien mit vesikelähnlichen Poren sollen synthetisiert und charakterisiert werden.

Thema für Bachelor-, Vertiefungs- und Masterarbeiten (Ansprechpartner: Prof. Dr. Wolf-Dietrich Einicke):

  • Synthese und Charakterisierung von Silikavesikeln
  • Synthese und Charakterisierung von MCM-48 Kugeln mit Porenweiten bis 6 nm durch pseudomorphe Transformation

 

Neuartige Katalysatoren zur Anwendung in der Selektivoxidation

Metallorganische Koordinationsverbindungen besitzen eine hohe Attraktivität in der heterogenen Katalyse, da sie aufgrund ihrer strukturellen Vielfalt und damit einhergehenden einstellbaren Eigenschaften für spezifische Anwendungen synthetisiert werden können. Jedoch weisen sie häufig im Gegensatz zu konventionellen oxidbasierten Katalysatoren eine geringere thermische, chemische und mechanische Stabilität auf. Eine spezifisch für diese Schwerpunkte vielversprechende Gruppe stellen die Preußisch-Blau Analoga (PBA) dar. Hierbei besitzen vor allem die kristallinen PBAs hohe Aktivitäten und Stabilitäten unter oxidativen Bedingungen wie der Flüssigphasenoxidation von Cyclohexen mit TBHP auf. Daher sollen neue kristalline PBAs mittels langsamer Diffusion („slow diffusion method“) synthetisiert und charakterisiert werden.

Thema für Bachelor-, Vertiefungs- und Masterarbeiten (Ansprechpartner: Prof. Dr. Wolf-Dietrich Einicke):

  • Kristallsynthese von Preussisch-Blau-Analogen durch Experimente mit verlangsamter Diffusion

Nutzung nachwachsender Rohstoffe

Katalysatoren mit erhöhter hydrothermaler Stabilität für die Veredelung von lignocelluloser Biomasse in wässrigen Medien

Lignocellulose Biomasse und deren Derivate sind als erneuerbare Alternativen zu fossilen Ressourcen für die nachhaltige Produktion von flüssigen Kraftstoffen und wertvollen Chemikalien von Interesse. Im Vergleich zu anderen Verfahren zur Umwandlung von Biomasse benötigt die Umsetzung im wässrigen Medium (APP) wenig Energie, da diese bei milden Temperaturen und geringen Drücken, d. h. ~ 200 °C und 5 MPa, arbeitet. Zusätzlich bietet es den Vorteil, dass feuchte (Rest-)Biomasse direkt, ohne energieintensive Vortrocknung, eingesetzt und somit auch Abfallbiomassen, wie etwa Grasschnitt, nutzbar gemacht werden können. Für die Biomasseveredelung ist jedoch häufig Wasserstoff erforderlich, der zu 95 % aus fossilen Energieträgern erzeugt wird. Durch APP kann Wasserstoff direkt, in-situ, aus Biomassederivaten, z. B. Ameisensäure, erzeugt und die Zufuhr von Wasserstoff basierend auf fossilen Energieträgern vermieden werden. Allerdings stellt die APP neue Anforderungen an feste Katalysatoren, vor allem an die hydrothermale Stabilität von festen Trägern. Daher zielen derzeitige Forschungsaktivitäten auf eine systematische Herstellung von Katalysatoren mit erhöhter Stabilität für die Veredelung von Biomasse in wässrigem Milieu ab. Hierbei sind Katalysatoren auf Basis von Zeolithen aufgrund ihrer katalytischen Aktivität sowie Verfügbarkeit, relativ geringen Kosten und struktureller Vielfalt der Zeolithe besonders interessant. Nachteil dieser Katalysatoren ist jedoch ihre geringe Stabilität gegenüber dem wässrigen Medium bei Temperaturen über 100 °C. In diesem Zusammenhang sollen im Rahmen von Qualifikationsarbeiten aktive Katalysatoren auf Basis von Zeolithen mir erhöhter hydrothermaler Stabilität erarbeitet werden.

Themen für Bachelor-, Vertiefungs- und Masterarbeiten (Ansprechpartner: Dr. Nicole Wilde):

  • Herstellung von Zeolithen mit muldimodalem Porensystem
  • Systematische Hydrophobierung von Zeolithen mit multimodalem Porensystem zur Steigerung ihrer hydrothermalen Stabilität
  • Herstellung von mono- und bimetallischen Katalysatoren auf hydrothermal stabilisierten Zeolithen
  • Untersuchung der katalytischen Aktivität von mono-und bimetallischen Trägerkatalysatoren in der APP einer komplexen lignocellulose Biomasse basierten Modelmischung
letzte Änderung: 22.06.2017