660 Chemische Verfahrenstechnik
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P30 - Das Elektrospinnen von halbleitenden Zinndioxidfasern für die Detektion von Wasserstoff
(2022)
Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung von dünnen keramischen Fasern als halbleitendes Sensormaterial zum Nachweis von Wasserstoff, möglichst bei Zimmertemperatur. Die elektrische Leitfähigkeit halbleitender Metalloxide ändert sich durch die Einwirkung von oxidierenden und reduzierenden Gasen auf die Oberfläche des Metalloxids. Dieser Effekt kann zur Messung der Gaskonzentration genutzt werden. Die Reaktion von Zinn(IV)-oxid mit Wasserstoff basiert auf der Reduktion des Zinn(IV)-oxids zum Zinn, wobei die Elektronen des Zinn(IV)-oxids im metallischen Zinn verbleiben und dort im nicht gebundenen Zustand zu einer Leitfähigkeitserhöhung beitragen. Die Reaktion des Wasserstoffes kann sowohl mit den Sauerstoffatomen des Oxids als auch mit adsorbierten Sauerstoffatomen an der Oxidoberfläche stattfinden.[ 6] Da die Reaktionen an der Oberfläche des Oxids stattfinden, sollten Sensoren mit einer großen Oberfläche im Vergleich zu metalloxidischen Bulkmaterialien eine höhere Empfindlichkeit aufweisen. [3] Die Verwendung von Fasern anstelle von Dünn- oder Dickschichten führt dabei zu einer besseren Sensitivität gegenüber Gasen.
Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung zur Anreicherung gasförmiger und/oder partikelgebundener Stoffe. Erfindungsgemäß weist Filtervorrichtung eine wenigstens abschnittsweise luftdurchlässige Umhüllung (1, 3) und ein innerhalb der Umhüllung (1, 3) vorgesehenen Adsorbens (2) zur Anreicherung gasförmiger und/oder partikelgebundener Stoffe aus durch die Umhüllung (1, 3) hindurchgetretener Luft auf, zur nachfolgenden Überprüfung mittels eines lebenden olfaktorischen Detektors und/oder eines thermodesorptionsgekoppelten Analysegeräts auf Geruchsstoffe und/oder Zielanalyten, wobei ein Teil der Umhüllung (1, 3) einen in das Adsorbens (2) hineinführend, an nur einer Seite offenen Kanal (7) ausbildet, an dem offenen Ende des Kanals (7) eine Anschlusseinrichtung (8) zum Anschluss an ein Ansaugsystem angeordnet ist und die Umhüllung (1, 3) und das Adsorbens an Luft bis wenigstens 400 °C thermostabil sind. Auf diese Weise wird eine einfache und verlässliche Möglichkeit bereitgestellt, mit einer gemeinsamen Filtervorrichtung (9) sowohl eine Überprüfung mittels eines lebenden olfaktorischen Detektors sowie nachfolgend eine Überprüfung mittels eines thermodesorptionsgekoppelten Analysegeräts auf Geruchsstoffe und/oder Zielanalyten durchführen zu können.
Der Asiatische Laubholzbockkäfer (Anoplophora glabripennis, kurz: ALB) ist ein Bockkäfer, der 2001 seinen Weg nach Europa fand. Er ist als Quarantäneschaderreger eingestuft und muss in Europa bekämpft werden. Eine der Möglichkeiten zum Aufspüren befallener Bäume ist der Einsatz von Spürhunden. Die Einstufung des ALB als Quarantäneschädling bringt große Probleme bei der Verwendung von Trainingsmaterial mit sich. Da es sich zudem um biologisches Material handelt, das geruchchemisch Änderungen und Variationen unterworfen ist, und da die für den Hund relevanten Geruchsstoffe nicht bekannt sind, ist es häufig schwierig, geeignete und frische Geruchsträger als Trainingshilfsmittel zur Verfügung zu stellen.
Durch Dotierung eines nematischen Flüssigkristalles mit einer chiralen Substanz wird eine helikal strukturierte Phase induziert, die in der Lage ist, einfallendes Licht wellenlängenselektiv zu reflektieren. Bei der Reaktion des Dotiermittels mit einem gasförmigen Analyten verändern sich die Ganghöhe dieser Struktur und damit die reflektierte Wellenlänge. Liegt diese im Bereich des sichtbaren Lichts, ist eine Farbänderung mit dem menschlichen Auge zu beobachten. Es ist dabei sinnvoll den Flüssigkristall z.B. in einem Polymer einzukapseln, um ihn vor mechanischen Einflüssen und Umwelteinflüssen zu schützen. Eine Möglichkeit zur Einkapselung ist das koaxiale Elektrospinnen. Vorteile sind unter anderem die Realisierung einer großen Oberfläche und einer sehr geringen Wanddicke der schützenden Schale, die die Diffusion von Gasen durch die Wand hindurch ermöglicht. Um die Funktionsfähigkeit eines solchen Sensors zu testen, wurde ein CO2-sensitiver Flüssigkristall verwendet. Dieser wurde in eine Schale aus Polyvinylpyrrolidon (PVP) versponnen und die Reaktion mit CO2 spektroskopisch analysiert.
Die Wiederverwertung von Kunststoffen (Kunststoffrecycling) kann in die werkstoffliche (materielle), die rohstoffliche (chemische) und die energetische Verwertung unterteilt werden. Beim werkstofflichen Kunststoffrecycling werden sortenreine Kunststoffreste gewaschen, gemahlen und von der Kunststoff verarbeitenden Industrie als Rohmaterial eingesetzt. Der chemische Aufbau des erhaltenen Werkstoffs (Re-Granulats) bleibt erhalten. Bei der rohstofflichen Verwertung werden Kunststoffreste zu Monomeren zurückgeführt. Die erhaltenen Monomere werden dann bei der Herstellung neuer Kunststoffe verwendet. Bei der energetischen Verwertung werden die Kunststoffreste der Zement- oder Stahlindustrie als Energieträger zugeführt.
Der zunehmende Einsatz der Polymerwerkstoffe in der Automobilindustrie erfordert empfindliche und zuverlässige Methoden zur Analyse der verwendeten Stoffe. Bei Schadenanalysen an Komponenten in Kraftfahrzeugen stehen oftmals nur wenige Informationen über das Bauteil selbst, wie die chemische Zusammensetzung, die Temperaturbeständigkeit, mögliche Kontaminierungs stoffe oder mechanische Eigenschaften zur Verfügung. Der Schadensbereich ist meistens be grenzt und nicht immer homogen. Zur Klärung des Schadens stehen häufig nur kleine Proben mengen zur Verfügung, die jedoch für die Erkennung der Schadensursache von großer Bedeutung sein können.
Die analytische Pyrolyse ist eine universell einsetzbare Messtechnik zur Untersuchung von hoch molekularen organischen Verbindungen. Bei der Pyrolyse der hochmolekularen organischen Ver bindungen entstehen durch thermische Zersetzung bei 500-1400°C in einem Inertgasstrom nieder molekulare Verbindungen. Diese niedermolekularen Pyrolyse-Produkte werden dann den her kömmlichen Analyseverfahren wie GC-FID, GC/MS oder GC/FTIR unterworfen, die Rück schlüsse auf chemische Zusammensetzung und Struktur der Ausgangsstoffe erlauben. Die Festphasen mikroextraktion (SPME) ist eine lösungsmittelfreie Mikroextraktionstechnik. Im Headspace-Modus (HS) wurde SPME in den letzten Jahren für die Bestimmung von Rest mono meren und gesund heits gefährdenden, leichtflüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) in Kunststoffen verwendet.