Unser junges und motiviertes Forschungsteam bearbeitet eine Vielzahl an Forschungsthemen mit verschiedensten Anwendungsmöglichkeiten. Gerne können Sie uns bei Interesse an einer Bachelor-, Vertiefungs- oder Masterarbeit kontaktieren.

THEMEN BACHELOR- UND VERTIEFUNGS- UND MASTERARBEITEN

  • Herstellung von Übergangsmetallkatalysatoren mittels Synthese von Preußisch-Blau Analoga

Themen Bachelor- und Vertiefungs- und Masterarbeiten |  Betreut durch M.Sc. Stephan Feser

Katalysatoren benötigen auf der einen Seite eine hohe spezifische Oberfläche, um möglichst viele aktive Zentren für die Reaktion bereitzustellen, auf der anderen Seite muss durch Meso- und Makroporen ein ungehinderter Durchfluss in und aus den Poren gewährleistet sein. Außerdem sollen gezielt Spinelle hergestellt werden, die dann bei der CO-Oxidation als Feststoffkatalysator eingesetzt werden sollen.

Als Template dienen dabei Preußisch Blau und seine Analoga, die durch Co-Fällung synthetisiert werden. Dabei soll ein möglichst großes, einheitliches Porensystem generiert werden, welches dann bei der anschließenden Kalzinierung zu Mischmetalloxiden/Spinellen partiell geschützt werden soll. Dies geschieht durch den Einsatz von gesättigten Salzlösungen während der Waschung.

Dabei sind die Variationen der Parameter während der Synthese nahezu unbegrenzt, sodass vielfältige Routen probiert und analysiert werden sollen. Anschließend werden die Proben in der katalytischen CO-Oxidation getestet. Für Masteranden könnten dann Analysen nach der Oxidation folgen, um den Katalysator umfassend zu charakterisieren.

Analysen erfolgen u.a. über Quecksilber-Intrusion, Stickstoff-Tieftemperatur-Sorption, Rasterelektronenmikroskopie, XRD, ICP-OES, …

Stephan Feser

Ph.D. Student

Technikum Analytikum
Linnéstraße 3, Raum 547
04103 Leipzig

Telefon: +49 341 97-36324

  • Molekulardynamische Simulation des Schmelzverhaltens von Asche in silicareichen Biomasse-Aschen

 Thema für Masterarbeit / Betreut durch M.Sc. Hossein Beidaghy Dizaji

HINTERGRUND UND ZIELSETZUNG:
Die thermochemische Umwandlung ist der gängigste Weg, um biogene Kieselsäure aus kieselsäurereichen Biomassesorten wie Reishülsen (RH) und Reisstroh (RS) herzustellen. Dieser Prozess kann mittel- und langfristig zu einer nachhaltigen Reduzierung der Treibhausgasemissionen beitragen. Eine der größten Herausforderungen bei diesem Prozess ist die hohe Ascheschmelzneigung von Reishülsen und insbesondere von RS. Um das Schmelzen der Asche während der thermochemischen Umwandlung abzuschwächen, sind Informationen über den Mechanismus der Ascheumwandlung von entscheidender Bedeutung. Eine umfassende Forschungsarbeit am DBFZ [1] hat gezeigt, dass fortschrittliche spektroskopische und diffraktometrische Techniken nützliche Werkzeuge zur Charakterisierung der kristallinen Phasen von kieselsäurereichen Aschen sind. Für die Charakterisierung des amorphen Anteils der Asche sind jedoch zusätzliche Methoden erforderlich. In dieser Hinsicht lieferte die FactSage-Simulation nützliche Informationen über die Phasenzusammensetzung von unbehandelten und chemisch vorbehandelten RH- und RS-Aschen [1]. Darüber hinaus kann die molekulardynamische Simulation (MD) zur Simulation des Schmelzverhaltens von Biomasseaschen eingesetzt werden [2, 3]. Im Rahmen der vorliegenden Masterarbeit soll daher das Schmelzverhalten der kristallinen und amorphen Phasen der Asche simuliert und das Modell mit verfügbaren spektroskopischen und diffraktometrischen Daten der Asche validiert werden.

IHRE AUFGABEN:
- Bewertung des Wissensstandes zur molekulardynamischen Simulation des Verhaltens von Biomasse-Aschen.
- Entwicklung geeigneter atomarer Strukturinformationen und Potentiale für jede einzelne Aschephase.
- Auswertung von kristallographischen Informationsdateien (CSF) unter Verwendung von Open-Source-Softwarepaketen wie z.B. VESTA [4]. 
- Molekulardynamische Simulation verschiedener amorpher und kristalliner Phasen mit LAMMPS [5].

IHR PROFIL:
- Akademischer Abschluss in anorganischer Chemie, Materialwissenschaften, Chemieingenieurwesen oder vergleichbar
- Erfahrung in der computergestützten Chemie, insbesondere in MD ist von Vorteil
- Interesse an kristallographischer, numerischer Datenauswertung und thermochemischer Umwandlung
- Gute englische Sprachkenntnisse

WIR BIETEN:
- Fortgeschrittene Berechnungs- und Forschungseinrichtungen
- Eine gute Einführung in die Thematik sowie kompetente und motivierte Unterstützung bei der Bearbeitung der Aufgaben
- Ein familienfreundliches, modernes Arbeitsumfeld in kollegialer Arbeitsatmosphäre und eine gute Anbindung an öffentliche Verkehrsmittel

Das Projekt soll in englischer Sprache durchgeführt werden. Darüber hinaus kann die Arbeit auch aus der Ferne angefertigt werden.

MÖGLICHER STARTTERMIN: 
Januar 2022

DAUER: 
Mindestens 2 Monate. Es kann auch um 6 weitere Monate für eine Masterarbeit verlängert werden

BEARBEITUNGSORT: 
Deutsches Biomasseforschungszentrum, Torgauer Straße 116, 04347 Leipzig

KONTAKT: 
M.Sc. Hossein Beidaghy Dizaji
Telefon: +49 341 2434539

BEWERBUNGSUNTERLAGEN:
Bitte reichen Sie Ihre Bewerbung mit Motivationsschreiben und aktueller Immatrikulationsbescheinigung ein (nur 1 Anhang, vorzugsweise als pdf, max. 5 MB). E-Mail: bewerbung@dbfz.de

REFERENZEN:

[1] Beidaghy Dizaji H, Zeng T, Hölzig H, Bauer J, Klöß G, Enke D. Ash transformation mechanism during com-bustion of rice husk and rice straw. Fuel;307:121768; 2022. doi.org/10.1016/j.fuel.2021.121768.


[2] Ma, C., Skoglund, N., Carlborg, M., & Broström, M. (2021). Structures and diffusion motions of K and Ca in biomass ash slags from molecular dynamics simu-lations. Fuel, 302, 121072.
[3] Ma, C., Skoglund, N., Carlborg, M., & Broström, M. (2020). Viscosity of molten CaOK2OSiO2 woody bio-mass ash slags in relation to structural characteris-tics from molecular dynamics simulation. Chemical Engineering Science, 215, 115464.
[4] Momma K, Izumi F. VESTA 3 for three-dimensional visualization of crystal, volumetric and morphology data. J Appl Crystallogr 2011;44(6):1272–6.

[5] www.lammps.org.

 

  • Synthese von Kohlenstoff-Silica-Kompositen

Themen Bachelor-,Vertiefungs- und Masterarbeiten / Betreut durch M.Sc. Bettina Lilli

Im Zuge der Green Chemistry gewinnt die nachhaltige Synthese von Adsorptionsmittel zur Entfernung von Schadstoffen aus Gewässern immer mehr an Bedeutung. Vor allem Agrarreststoffe nehmen hier eine immer wichtigere Aufgabe ein. Innerhalb dieses Themabereichs soll ausgehend vom Agrarreststoff Reisspelzen über verschiedene Syntheseschritte Kohlenstoff-Silica-Komposite hergestellt werden. Die Variation verschiedener Parameter soll untersucht werden.

Zur Charakterisierung werden hauptsächlich die Stickstoffsorption, die Wasserglas-Analytik, die CHN-Elementaranalyse, die optische Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma und die Rasterelektronenmikroskopie genutzt.

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Bettina Sigrid Lilli

Wiss. Mitarbeiterin

Chemische Reaktionstechnik
Hauptgebäude Chemie
Johannisallee 29
04103 Leipzig

  • Synthese von wasserstabilen porösen Bornitrid durch Leaching

 Themen Bachelor- und Vertiefungsarbeiten / Betreut durch M.Sc. Tim Jähnichen

Im Gegensatz zu vielen anderen Adsorbenzien besitzt Bornitrid eine hohe thermische und chemische Stabilität, weshalb es nachhaltig eingesetzt und einfach regeneriert werden kann. Aufgrund seiner besonderen dipolaren Eigenschaften besitzt das Material eine hohe Affinität zur Adsorption von Metallionen, Antibiotika, organischen Lösungsmitteln und Treibhausgasen. Ebenso kann es als Wasserstoffspeicher eingesetzt werden. Jedoch besitzt das Material nur eine geringe Stabilität gegenüber Wasser, weshalb seine Anwendungsgebiete stark limitiert sind.

Durch Vorarbeiten gelang die Synthese von Wasserdampf-stabilen Bornitrid. Leider zeigten diese Materialien gegenüber flüssigem Wasser keine vollständige Stabilität. Um die Stabilität der porösen Bornitride weiter zu erhöhen soll das Verfahren des postsynthetischen Leachings angewandt werden. Im Rahmen dieser Arbeit sollen optimale Parameter für diese Nachbehandlung gefunden werden, um ein möglichst poröses und stabiles Material zu erhalten. Die Charakterisierung der Materialien findet vorrangig über Quecksilberintrusion, Stickstoffsorption, Rasterelektronenmikroskopie, Röntgendiffraktometrie, Thermogravimetrie, XPS und Infrarotspektroskopie statt.

 

  • Anwendung von Bornitrid als Katalysatorträger

Themen Bachelor- und Vertiefungsarbeiten / Betreut durch M.Sc. Tim Jähnichen

Bornitrid kann aufgrund seiner hohen Temperaturbeständigkeit als Katalysatorträger für die Katalyse bis ca. 800 °C eingesetzt werden. Zudem besitzt es eine hohe Inertheit gegenüber reduzierenden und oxidierenden Gasen. Durch die erfolgreiche Synthese von Wasserdampf-stabilen Bornitrid ist es möglich die Performance von metallimprägniertem Bornitrid gegenüber katalytischen Prozessen zu untersuchen.

Im Rahmen dieser Arbeit können unterschiedliche Metallsalze oder Spinelle auf Bornitrid aufgebracht werden um deren katalytische Aktivität zu erhöhen. Die Charakterisierung der Materialien findet vorrangig über Quecksilberintrusion, Stickstoffsorption, Rasterelektronenmikroskopie, Röntgendiffraktometrie, Thermogravimetrie, ICP-OES und Infrarotspektroskopie statt.

 

  • Synthese von monolithischem Bornitrid

Themen Vertiefungs- und Masterarbeiten / Betreut durch M.Sc. Tim Jähnichen

Die Synthese von monolithischen Materialien ist in vielen Bereichen notwendig um explizite Formkörper für Adsorptionsprozesse zu erhalten. Daher soll die gezielte Synthese von monolithischem Bornitrid durch vorheriges oder postsynthetisches Pressen untersucht werden. Dabei sollen die Oberfläche und Struktur der Materialien erhalten bleiben, sowie die Stabilität gegenüber Wasser. Außerdem wird im Rahmen dieser Untersuchungen ein Scale-Up der Synthese angestrebt.

Die Charakterisierung der Materialien findet vorrangig über Quecksilberintrusion, Stickstoffsorption, Rasterelektronenmikroskopie, Röntgendiffraktometrie und Infrarotspektroskopie statt.

Tim Jähnichen

Wiss. Mitarbeiter

Chemische Reaktionstechnik
Technikum Analytikum
Linnéstraße 3, Raum 547
04103 Leipzig

Telefon: +49 341 97-36324

  • Oberflächencharakterisierung poröser Materialien mittels Inverser Gaschromatographie

Themen Vertiefungsarbeiten  |  Betreut durch Dr. Ralf Meyer

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.

Dr. Ralf Meyer

Wiss. Mitarbeiter

Chemische Reaktionstechnik
Technikum Analytikum
Linnéstraße 3, Raum 519
04103 Leipzig

Telefon: +49 341 97-36313

  • Entwicklung eines porösen, hochtemperaturstabilen CeO2-Trägermaterials für die nachhaltige CH4-Produktion aus Treibhausgasen

Themen für Bachelor-, Vertiefungs- und Masterarbeiten  |  Betreut durch Dr. Sharon Koppka

Aufgrund der zur Neige gehenden Erdöl- und Erdgasreserven gewinnt die nachhaltige Produktion von wertvollen Kraftstoffen wie synthetischem Erdgas aus CO und CO2 zunehmend an Bedeutung. Wird CO/CO2 aus der Atmosphäre oder aus nachwachsenden Rohstoffen für die nachhaltige Methanisierung genutzt, werden Treibhausgase reduziert und der globalen Erwärmung entgegengewirkt. Kostengünstige Katalysatoren auf Nickelbasis besitzen eine hohe Selektivität und Aktivität bei dieser Hydrierungsreaktion. Für diese Katalysatoren hat sich gezeigt, dass das Trägermaterial, z. B. bestehend aus Al2O3, CeO2 und ZrO2, nicht nur die strukturellen Eigenschaften und die Dispersion der aktiven Phase bestimmt, sondern auch eine Schlüsselrolle bei der CO2-Aktivierung spielt. Ceroxid besitzt hervorragende Redoxeigenschaften (Ce3+/Ce4+-Redoxpaar) und weist zudem eine hohe Sauerstoffspeicherkapazität auf. Dementsprechend besitzen Ceroxidträger im Vergleich zu anderen Trägermaterialien eine große Menge an Sauerstofflücken mit mittlerer Basizität, die die CO2-Dissoziation und die Metall-Träger-Interaktion fördern.

Im Rahmen der Herstellung eines offenporigen Ceroxid-Trägermaterials aus phasenseparierbaren Gläsern für die Herstellung von Methan aus CO/CO2-Atmosphären werden die folgenden Aufgaben verfolgt:

  • Herstellung und Charakterisierung von homogenen Na2O-B2O3-CeO2-Gläsern.
  • Erzeugung einer gleichmäßigen Phasentrennung zur Einstellung der Porosität.
  • Erlangung eines umfassenden Verständnisses der Phasenumwandlung während der Wärmebehandlung und Extraktion
  • Studien zur CO/CO2-Adsorption unter Berücksichtigung des Einflusses der Porentextur und der Phasenzusammensetzung

Dr. Sharon Koppka

Wiss. Mitarbeiterin

Chemische Reaktionstechnik
Technikum Analytikum
Linnéstraße 3, Raum 515A
04103 Leipzig

Telefon: +49 341 97-36309

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