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Design and characterization of geopolymer foams reinforced with Miscanthus x giganteus fibers
(2024)
This paper presents the effects of different amounts of fibers and foaming agent, as well as different fiber sizes, on the mechanical and thermal properties of fly ash-based geopolymer foams reinforced with Miscanthus x giganteus fibers. The mechanical properties of the geopolymer foams were measured through compressive strength, and their thermal properties were characterized by thermal conductivity and X-ray micro-computed tomography. Furthermore, design of experiment (DoE) were used to optimize the thermal conductivity and compressive strength of Miscanthus x giganteus reinforced geopolymer foams. In addition, the microstructure was studied using X-ray diffraction (XRD), Field emission scanning electron microscopy (SEM) and Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Mixtures with a low thermal conductivity of 0.056 W (m K)−1 and a porosity of 79 vol% achieved a compressive strength of only 0.02 MPa. In comparison, mixtures with a thermal conductivity of 0.087 W (m K)−1 and a porosity of 58 vol% achieved a compressive strength of 0.45 MPa.
Mobiles Laser-Schneidsystem zur Unterstützung der USBV-Entschärfung und Beweissicherung (mobiLaS)
(2022)
Trade of wild-caught animals is illegal for many taxa and in many countries. Common regulatory procedures involve documentation and marking techniques. However, these procedures are subject to fraud and thus should be complemented by routine genetic testing in order to authenticate the captive-bred origin of animals intended for trade. A suitable class of genetic markers are SNPSTRs that combine a short tandem repeat (STR) and single nucleotide polymorphisms (SNPs) within one amplicon. This combined marker type can be used for genetic identification and for parentage analyses and in addition, provides insight into haplotype history. As a proof of principle, this study establishes a set of 20 SNPSTR markers for Athene noctua, one of the most trafficked owls in CITES Appendix II. These markers can be coamplified in a single multiplex reaction. Based on population data, the percentage of observed and expected heterozygosities of the markers ranged from 0.400 to 1.000 and 0.545 to 0.850, respectively. A combined probability of identity of 5.3*10-23 was achieved with the whole set, and combined parentage exclusion probabilities reached over 99.99%, even if the genotype of one parent was missing. A direct comparison of an owl family and an unrelated owl demonstrated the applicability of the SNPSTR set in parentage testing. The established SNPSTR set thus proved to be highly useful for identifying individuals and analysing parentage to determine wild or captive origin. We propose to implement SNPSTR-based routine certification in wildlife trade as a way to reveal animal laundering and misdeclaration of wild-caught animals.
In memoriam Willy Lehnert
(2023)
Lignin ist ein aromatisches Biopolymer, das in den Zellwänden von Pflanzen vorkommt. Es ist hauptsächlich aus drei sogenannten Monolignolen (p-Hydroxyphenyl (H), Guajakol (G) und Syringol (S)) aufgebaut, die über verschiedene Bindungen miteinander verknüpft sein können, und enthält eine Vielzahl an funktionellen Gruppen. Interessant für die Verwendung von Lignin sind dabei insbesondere die vielen phenolischen Hydroxygruppen, die als Ausgangsstoff bei der Synthese neuer Produkte dienen können, daneben aber auch für seine antioxidativen Eigenschaften verantwortlich sind. Da Struktur und Eigenschaften von vielen Faktoren wie Biomasse und Aufschlussprozess abhängen, ist eine detaillierte Charakterisierung der Lignine nötig, um Struktur-Eigenschafts-Beziehungen aufzuklären und so einen Schritt näher an eine mögliche stoffliche Nutzung zu kommen. Mit dieser Arbeit soll der Einfluss der Biomasse inklusive der verwendeten Partikelgröße sowie des Organosolv-Aufschlussprozesses auf die Monomerzusammensetzung, das Molekulargewicht und die Antioxidanz der isolierten Lignine untersucht werden.
Als Rohstoffe zur Ligningewinnung dienen die drei mehrjährigen lignocellulosereichen Low-Input-Pflanzen Miscanthus x giganteus, Silphium perfoliatum und Paulownia tomentosa, die momentan hauptsächlich zur Energiegewinnung genutzt werden. Im Rahmen der Bioökonomiestrategie der Europäischen Union soll der Schwerpunkt zukünftiger Bioraffinerien jedoch auf eine ganzheitliche Nutzung von Biomassen gelegt und so auch die stoffliche Nutzung fokussiert werden. Zusätzlich zu diesen drei Pflanzen werden auch Organosolv-Lignine aus den in der Literatur bereits gut beschriebenen Biomassen Weizenstroh und Buchenholz isoliert, und zwei Nadelholz-Kraft-Lignine als Vergleich herangezogen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Art der Biomasse hauptsächlich die Monomerzusammensetzung beeinflusst: Gräser bestehen aus allen drei Monolignolen, Laubhölzer mehrheitlich aus S- und G-Einheiten, während Nadelhölzer nur aus G-Einheiten aufgebaut sind. Die Holzlignine besitzen zudem höhere Molekulargewichte sowie bessere antioxidative Eigenschaften als die Gras- und Krautlignine. Mit der feineren Vermahlung der Biomasse kann die Monomerzusammensetzung beeinflusst werden: der Einsatz kleinerer Partikelgrößen führt zu Ligninen mit einem höheren Gehalt an H-Einheiten, sowohl für Miscanthus als auch für Paulownia. Außerdem kann bei Paulownia die Ausbeute gesteigert und eine Zunahme des Molekulargewichtes beobachtet werden, wenn die kleinste Siebfraktion für den Organosolv-Aufschluss verwendet wird. Einen größeren Einfluss als der Mahlgrad der Biomasse haben die Autohydrolyse sowie der Organosolv-Aufschlussprozess selbst. Die Monomerzusammensetzung ändert sich aufgrund derselben Biomasse zwar kaum, die Bindungstypen zwischen den Monolignolen dagegen schon. Mit höherer Prozessstärke (Zeit, Temperatur, Ethanol-Konzentration) werden Etherbindungen gespalten, was den Anteil an phenolischen Hydroxygruppen und somit die Antioxidanz erhöht. Neben dieser Depolymerisation werden partiell auch Rekondensationsreaktionen beobachtet.
Die erzielten Ergebnisse liefern einen Beitrag zum Verständnis des Zusammenhangs zwischen Ligninquelle und -gewinnung mit der daraus resultierenden Ligninstruktur und Antioxidanz und bieten damit eine Grundlage für den Wandel von der energetischen hin zu einer nachhaltigen stofflichen Nutzung dieses nachwachsenden Biopolymers. Gerade über die Wahl der Aufschlussparameter können Struktur und Antioxidanz gezielt beeinflusst werden, was in zukünftigen Studien weiter fokussiert werden sollte.