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Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich intensiv den Einfluss des Legierungselementes Chrom und der Wärmebehandlung auf die Eigenschaften von Mn-Ga Magnetmaterialien, speziell der Legierung Mn2.48Cr0.12Ga. Die magnetischen Messungen wurden durch Struktur und Gefügeuntersuchungen ergänzt. Die Herstellung der Proben erfolgte in einem Lichtbogenschmelzofen. Die entstandenen polykristallinen Proben wurden für 14 Tage in einem Labormuffelofen getempert. Für die Versuche zur Optimierung magnetischer Eigenschaften wurden verschiedene Temperaturen gewählt. Strukturuntersuchungen mittels Pulver-XRD zeigten kaum Unterschiede, was der schwierigen Präparation von Pulvern geschuldet ist. Die in der Arbeit erprobte XRD an dünnen, geschliffenen und polierten Plättchen ergab drastisch verbesserte Röntgenbeugungs-Diagramme.
Die Reinhaltung der Luft ist für die menschliche Gesundheit und im Rahmen des Umweltschutzes unentbehrlich. Im Zuge der Industrialisierung kam es in der Vergangenheit zum Teil zu erheblichen Beeinträchtigungen der Luftqualität. Trotz umwelttechnisch deutlich verbesserter Produktionsabläufe werden auch weiterhin bestimmte Stoffe emittiert. Für die Entwicklung eines neuartigen und nachhaltigen Verfahrens zur Abluftreinigung hat der Forschungsverbund HUPAC im gleichnamigen Projekt die Abluftreinigung VOC- bzw. ammoniakbelasteter Abluft thematisiert. Diese beiden Substanzen sind von besonderer Relevanz für die Beeinträchtigung der Umwelt bzw. der Luftqualität. Für ihre Abreinigung aus der Abluft von Produktionsprozessen wurde im Projekt eine neuartige Technologie entwickelt, die aus einer Kombination adsorptiver und mikrobieller Prozesse auf der Basis huminsandhaltiger, zellulosebasierter Pellets verläuft. Bei den als reaktive Komponente eingesetzten Huminsanden handelt es sich um natürliche Substrate, welche aus Tagebauen des Lausitzer und Mitteldeutschen Braunkohle-Reviers kostengünstig gewonnen werden können, die über interessante physiko-chemische Eigenschaften verfügen und die damit generell für eine innovative Alternative als Substrat für Abreinigungsprozesse genutzt werden können. Die Eignung der aus den Sanden hergestellten Pellets für die Abluftreinigung wurde im Rahmen des HUPAC-Projekts laborativ sowie praktisch getestet und ausgewertet. Wie erwartet, können die Huminsand-Pellets die Schadstoffe (VOC bzw. Ammoniak) zunächst adsorptiv binden. Die fixierten Schadstoffe werden dann anschließend durch eine sich etablierende Mikroorganismenpopulation abgebaut. Im technologisch angelegten Projekt wurden Eignung der Substrate und Erfolg der Reinigungsleistung mit der Gegenüberstellung von input und output bewertet, wobei die Huminstoffe als
Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung/Motivation 2. Cyanobakterien 3. Sekundärmetaboliten und deren öko- und humantoxikologische Bedeutung 3.1. Stoffwechselprodukte der Cyanobakterien 3.2. Wirkung in der Umwelt 3.3. Analytische Methoden 4. Verfahrenskonzepte zur Beseitigung von Stoffwechselprodukten der Cyanobakterien in der Trinkwasseraufbereitung 4.1. Notwendigkeit der Abtrennung bzw. Umsetzung 4.2. Verfahrenskonzepte 4.2.1 Adsorption 4.2.2.Membranverfahren 4.2.3.Ultraschall 4.2.3 Chemische Umsetzung 4.2.4 AOP 4.2.1 Verfahrenskombinationen 4.3. Bewertung und Vergleich der Verfahrensvarianten 4.3.1. Risikoabschätzung in Bezug auf die Bildung toxischer Zwischenprodukte und Abfallstoffe 4.3.2. Abschätzung notwendiger Investitions- und Betriebskosten 4.4. Studien und großtechnisch realisierte Projekte zur Beseitigung von organischen Spurenstoffen in Wässern 4.4.1. Geosmin und MIB 4.4.2. Behandlungskonzepte für weitere organische Spurenstoffe in Rohwässern 5. Zusammenfassung
In der vorliegenden Arbeit wird die Wirksamkeit eines Ausheiz- und Belüftungsverfahrens zur Sanierung eines ausgewählten VOC-Schadensfalls überprüft. Es handelt es sich in diesem Fall um lösemittelbelastete Mauerwerksbereiche in Büroräumen eines historischen Sockelgeschosses. Durch die technisch unterstützte Einstellung emissionsbeschleunigender Parameter, wie der Erhöhung der Bauteiltemperatur und des Luftwechsels, soll die Schadstoffquelle vollständig abgebaut, oder zumindest deutlich verringert werden. Die Anwendung solcher Verfahren erfolgt bei VOC-Sanierungsmaßnahmen bislang nur sehr vereinzelt. Üblicherweise wird auf konventionelle Verfahren, wie z.B. Beschichtungssysteme zur Quellenverkapselung zurückgegriffen. Der Vorteil von Ausheiz- und Belüftungsverfahren wird in der zerstörungsfreien und nachhaltigen Beseitigung der Schadstoffquelle gesehen. Detaillierte Informationen und Messdaten über Möglichkeiten und Grenzen emissionssteigernder Maßnahmen an reellen VOC-Schadensfällen liegen jedoch kaum vor. Diese sind exemplarisch anhand des ausgewählten Schadensfalls erhoben worden. Neben der Darstellung der technischen Umsetzung und der messtechnischen Überwachung des Verfahrens, werden in der Arbeit auch die Ergebnisse bisheriger Sanierungsversuche im Objekt präsentiert, sowie Vor- und Nachteile der jeweiligen Verfahren diskutiert.
Kalibrierung und Freilandtest von Passivsammlern für ausgewählte organische Gewässerschadstoffe
(2015)
Passivsammler sind schon seit einigen Jahren in der Entwicklung. Mit ihnen können zeitgemittelte Konzentration über einen längeren Zeitraum in einem Umweltmedium ermittelt werden. Typische Vertreter sind der POCIS, der Chemcatcher oder der am UFZ entwickelte MESCO. Weiterhin wird in einer Studie am UFZ derzeit ein anderes Passivsammlermaterial untersucht, Polyethersulfon (PES). Bereits seit Jahren sind PES-Membranen Bestandteile von Passivsammlern. Sie dienen als Schutz-membranen um das eigentliche Sammlermaterial vor zu starker Verschmutzung oder Bioaufwuchs zu schützen. Es existieren jedoch Untersuchungen die belegen, dass manche Schadstoffe sehr gut im PES aufgenommen werden, wenn nicht sogar besser als in der eigentlichen Sammelphase. Aus diesem Grund sollte Poly-ethersulfon in dieser Arbeit auf seine Eignung als Passivsammler, bzw. auf seine Sammeleigenschaften (Verteilungskoeffizienten und Sammelraten), für bestimmte Gewässerschadstoffe untersucht werden. Es wurden elf Substanzen ausgewählt und die PES-Membranen in zwei mehrwöchigen Laborexperimenten und einem Freilandtest untersucht. Im Labor wurde ein Glasgefäß mit Wasser befüllt, welches mit einem Schadstoffcocktail kontaminiert war. Nach der Befestigung der Sammler im Gefäß, wurde mithilfe eines Magnetrührers eine leichte Strömung erzeugt. Im ersten Versuch wurden die Verteilungskoeffizienten der Stoffe ermittelt und im zweiten Versuch die Sammelraten. Beide Parameter sind wichtig und müssen bekannt sein wenn ein Passivsammler für die Untersuchung von Gewässern genutzt werden soll. Zusätzlich wurden die Sammler im 20-tägigen Feldversuch in der Saale bei Halle und im Ablauf des Klärwerks Halle Nord getestet.
Evaluierung von unterschiedlichen optischen Fasern für die Winkelmessung an einem Stützgelenk
(2015)
In Rahmen dieser Bachelorarbeit wurden verschiedene optische Fasern auf ihre Auskopplung von Licht durch Biegung dieser untersucht. Das Ziel war es, Erkenntnisse über die Auskopplungsmechanik zu gewinnen, um den genannten Effekt später für die Winkelmessung an einem Stützgelenk zu verwenden. Es wurden viele verschiedene Messaufbauten gewählt, um eine umfangreiche Abdeckung der Möglichkeiten Auskopplung von Licht aus einer Faser durch Biegung zu ermöglichen. Unterschiedliche Einflussgrößen, wie zum Beispiel verwendeter Laser, Mikroskoobjektiv und Faserlänge sind statistisch abgesichert gemessen und bilden eine Grundlage für die Weiterverarbeitung der optischen Fasern. Zusätzlich ist der Effekt der Evaneszenz beim Biegen einer Duplexfaser untersucht wurden. Abschließend kommt es zu einem Vergleich von anderen optischen Messverfahren zu diesem genannten Verfahren.
Die vorliegende Arbeit umfasst die Übertragung eines patentierten Rolle"=zu"=Rolle"=Plasmaätzverfahrens auf das Polymer PMMA, sowie die Charakterisierung der modifizierten Folien. Der Plasmaätzprozess basiert auf einem Sauerstoffplasma mit einem Doppelmagnetronsystem als Plasmaquelle und wird zur Erzeugung von Nanostrukturen genutzt. Als Targetmaterialien für das Doppelmagnetronsystem werden Magnesium, Aluminium und Titan genutzt. Durch die erzeugten Nanostrukturen wird ein Gradientenverlauf der Brechzahl zwischen Folie und Umgebung erzeugt, wodurch eine breitbandige optische Entspiegelung erreicht wird. Durch die Verbesserung der optischen Eigenschaften der PMMA-Folie soll ein weiteres Material für die Frontseitenverkapselung von optischen Bauelementen untersucht werden. Zunächst werden die mechanischen und optischen Eigenschaften der PMMA-Folie charakterisiert. Die Ergebnisse zeigen, dass PMMA schon eine hohe Transparenz besitzt. Durch die erfolgreiche Übertragung des Prozesses konnte die optische Transmission um 2 % - 3 % für die untersuchten Targetmaterialien erhöht werden. Für die Titantargets ergaben sich die besten optischen Eigenschaften. Die Ergebnisse, sowie REM-Untersuchungen der Nanostrukturen werden vorgestellt. Um den Prozess zu optimieren wurde der Einfluss der Prozessparameter Geschwindigkeit, Leistung und Sauerstofffluss auf die Transmission untersucht. Die ermittelten Zusammenhänge werden gezeigt und diskutiert. Für eine beidseitig behandelte Folie ergab sich eine Restreflexion von unter 1 % pro Seite. Des Weiteren wurden Versuche mit einer Initialschicht durchgeführt, da sich diese auf anderen Polymeren als vorteilhaft erwiesen hat.
Die stetig fortschreitende Miniaturisierung in der Herstellung elektronischer Schaltkreise führt zu immer geringeren Leitungsquerschnitten. Daraus folgt ein Anstieg der Stromdichte, welcher ein erhöhtes Ausfallrisiko des Schaltkreises durch Elektromigration zur Folge hat. Hierbei findet eine diffusionsgetriebene Umlagerung von Kupferatomen statt, wodurch Unterbrechungen der Leiterbahnen oder Kurzschlüsse zwischen benachbarten Leiterzügen entstehen können. Elektromigration kann durch die Abscheidung von Adhäsionsschichten effektiv verringert werden. Hierfür werden auch mittels MOCVD abgeschiedene Kobaltschichten in Betracht gezogen. Ziel dieser Arbeit war es, auf Basis der theoretisch zu erwartenden Einflüsse der ver-schiedenen Prozessparameter einen Versuchsplan zu erstellen und den MOCVD-Prozess zur Herstellung von Kobaltdeckschichten für die Kupfermetallisierung systematisch zu untersuchen. Um Kurzschlüsse zwischen benachbarten Leiterbahnen zu verhindern, musste ein materialselektiver Abscheidungsprozess entwickelt werden. Die Einflüsse der Prozess-parameter auf die Abscheidung wurden untersucht und Auswirkungen auf das Wachstumsverhalten und die Eigenschaften der Kobaltschichten diskutiert. Die Schicht-charakterisierung belegte, dass es gelungen war einen materialselektiven Abscheidungs-prozess zu entwickeln. Es konnte ein Beschichtungsprozess etabliert werden, welcher es ermöglicht Kobalt bevorzugt auf den Kupferleiterbahnen und nicht auf den umliegenden isolierenden Gebieten abzuscheiden. Für ein reproduzierbares Beschichtungsergebnis ist ein in-situ Vorbehandlungsprozess erforderlich. Sowohl für die Entfernung oberflächlicher Adsorbate als auch für die Reduktion von gebundenem Sauerstoff konnte ein effektives Vorgehen entwickelt werden.
Mit der Energiewende und dem weiteren Ausbau von erneuerbaren Energien, rückt die The-matik der Energiespeicherung immer weiter in den Vordergrund. Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, den Autarkiegrad eines Photovoltaiksystems mit integriertem Akkumulator zu prognostizieren. Dabei wurde ein Algorithmus entwickelt, welcher die Basis der Simulation bildet. Für eine Beispielrechnung wurde das Speichersystem Senec.Home G2 von der Deutschen Energieversorgung, eine 7,87 kWp Photovoltaikanlage und ein privater Haushalt mit 4.000 kWh Jahresstromverbrauch ausgewählt. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Prognose des Autarkiegrades durch das Simulationsprogramm nur geringe Abweichungen zum tatsächlichen Wert aufweist. Ebenfalls wurde die Wirtschaftlichkeit ohne Berücksichtigung einer Förderung betrachtet. Es wurde festgestellt, dass eine Photovoltaikanlage ohne Akkumulator rentabler als das Photovoltaiksystem mit dem Speicher Senec.Home G2 ist. Dabei liegt die Hauptursache bei den hohen Investitionskosten der Photovoltaikspeicher. Unter Annahme des weiterhin steigenden Strompreises, einer Förderung und eines Preisverfalls von Photovoltaikakkumulatoren können die elektrochemischen Speicher ein wichtiger Bestandteil der Photovoltaik werden und somit einen Beitrag zur Energiewende leisten.