• Nukleare Magnetresonanz (NMR) – Spektroskopie
• Stofftransport
• Bildgebende NMR – Methoden

Experimentelle Bestimmung und Modellierung von Diffusionskoeffizienten im Gleichgewicht und Nicht-Gleichgewicht. Dabei wird die NMR-Spektroskopie als zeit- und ortsauflösende Methode eingesetzt. Bildgebende Techniken erlauben mithilfe des Einsatzes von Gradientenfeldern eine unmittelbare Beobachtung der ablaufenden Stofftransportprozesse. Ich beschäftige mich im Rahmen der Arbeit v.a. mit den benötigten Pulsprogrammen und Techniken.

• Dampf-Flüssigkeits- und Flüssig-Flüssig Gleichgewichte
• NMR-spektroskopische Untersuchungen von Reaktionen
• Auftrennen komplexer, reagierender Mischungen
• Prozesssimulation

• Absorption
• Stoffübergang
• Grenzflächeneigenschaften
• Zustandsgleichungen

Inbetriebnahme einer neuen Laminarstrahlkammer für Absorptionsmessungen. Experimentelle Untersuchungen zum Stoffübergang in Gas-Flüssig Systemen in der Strahlkammer und in einer Doppelrührzelle. Untersuchungen zu Grenzflächeneigenschaften, insbesondere der Anreicherung von Komponenten an Phasengrenzflächen und möglichen Auswirkungen auf Stofftransport. Unterstützt durch Brechnungen mit PC-SAFT Zustandsgleichung. Betrachtung dieser Effekte im Zusammenhang mit großtechnischen Anwendungen (Destillation/Absorption).

• Vorhersage physikalisch-chemischer Eigenschaften (z.B. Gaslöslichkeiten)
• Machine Learning Methoden
• Hybride Ansätze (Machine Learning und physikalische Modelle)

Experimentelle Bestimmung und Modellierung von Diffusionskoeffizienten im Gleichgewicht und Nicht-Gleichgewicht. Dabei wird die NMR-Spektroskopie als zeit- und ortsauflösende Methode eingesetzt. Bildgebende Techniken erlauben mithilfe des Einsatzes von Gradientenfeldern eine unmittelbare Beobachtung der ablaufenden Stofftransportprozesse. Ich beschäftige mich im Rahmen der Arbeit v.a. mit den benötigten Pulsprogrammen und Techniken.

• NMR mit Overhauser DNP (ODNP)
• Reaktions- & Prozessmonitoring
• Design und Synthese von ODNP-Radikalmatrizen

• Biothermodynamik
• Chromatographie
• Adsorptionsisothermen

Bestimmung von Adsorptionsisothermen zur chromatographischen Reinigung von Proteinen. Hierzu werden Parameterstudien zur Adsorption von Proteinen an verschiedenen Adsorbern mit einem Pipettierroboter durchgeführt. Zudem arbeite ich an einer Synthese zur Kopplung von Proteinen mit einem Tag.

• Molecular simulations
• Vapor-liquid equilibrium
• Molecular model
• Water

Molecular models are important for accurate prediction of its thermodynamic properties from molecular simulations. The models for a particular substance are obtained by fitting the simulation data to the experimental data of that substance. Molecular models of water, to model vapour-liquid equilibrium (VLE) data, are the focus of my work. Estimation of the Pareto front for description of VLE properties of different models is the main objective.

• Thermodynamische Eigenschaften flüssiger Mischungen
• Transportprozesse
• Phasengleichgewichte

Für das detaillierte Verständnis des Tropfenverdampfungsprozesses bei der Herstellung hochdisperser Nanopartikel mittels Flammensprühpyrolyse ist die Kenntnis der thermodynamischen Eigenschaften der eingesetzten Precursorlösungen erforderlich. Die Wärme- und Stofftransporteigenschaften sowie Phasengleichgewichte, insbesondere Dampf-Flüssigkeits Gleichgewichte (VLE), der Precursorlösungen sollen experimentell ermittelt werden. Die Stoffdaten der untersuchten Mischungen, die aus Lösungsmitteln, metallhaltigen Verbindungen und gegebenenfalls Hilfsstoffen bestehen, können anschließend zur Modellierung verwendet werden.

• Experimente zu Gasphasenreaktionen
• Verwendung diverser Analytikmethoden (GC, IC, NMR)
• Auswertung (Matlab, gProms, Chemasim)

Das für die verfahrenstechnische und chemische Industrie interessante Gebiet der Oxygenate (sauerstoffhaltige Kohlenwasserstoffverbindungen) ist ein wichtiger Forschungsbereich am Lehrstuhl für Thermodynamik (LTD). Insbesondere für die industrielle Verfahrens- und Produktentwicklung liegen die benötigte Stoffdatenthermodynamik und Sachkompetenz vor. Ein Schwerpunkt meiner Aufgabe liegt bei der experimentellen Untersuchung von Produktgemischen aus verschiedenen Oxygenaten in wässriger Lösung.

• Nuklear Magnetresonanz (NMR) – Spektroskopie
• NMR mit Overhauser DNP (ODNP)
• Reaktions- und Prozessmonitoring

• Molekulardynamische Simulationen
• Stofftransport
• Nichtgleichgewichtssimulation
• Elektrolyte & Kraftfeldmodelle

Molekulardynamische Simulationen mit zwei Schwerpunktsthemen. Zum einen die Bestimmung von thermodynamischen Eigenschaften wie Selbstdiffusionskoeffizienten homogener Elektrolytlösungen. Hier arbeite ich zudem an der Weiterentwicklung und verbesserten Parametrisierung der zugrundeliegenden Kraftfeldmodelle von Ionen. Zum anderen untersuche ich den Stofftransport durch Dampf-Flüssigkeits Phasengrenzflächen.

• Molekulardynamische Simulation
• Tribologie
• Stoffeigenschaften von Schmierstoffen
• Nanoskopische Kontaktprozesse

Molekulardynamische Simulationen im Themengebiet „Tribologie“. Ich beschäftige mich mit der Bestimmung von thermodynamischen Eigenschaften von Schmierstoffen. Das Ziel ist dabei u.a. die Vorhersage des Schmierstoffverhaltens bei extrem hohen Drücken. Einen zweiten Schwerpunkt meiner Arbeit stellen molekulare Kontaktsimulationen von Reibprozesse auf der Nanoskala dar. Hier soll der Einfluss des Schmiermittels auf den Festkörperkontakt betrachtet werden (wie er u.a. bei trennenden Fertigungsverfahren auftritt). Zudem arbeite ich an der Anwendung moderner Zustandsgleichungen in elastohydrodynamischen Schmierspaltsimulationen (EHD).

• NMR-Spektroskopie in komplexen, schlecht spezifizierten Mischungen
• Modellierung von thermodynamischen Eigenschaften und Trennprozessen von komplexen, schlecht spezifizierten Mischungen
• NMR-Spektroskopie mit Machine Learning Methoden

Klassische Methoden zur thermodynamischen Modellierung von komplexen, schlecht spezifizierten Mischungen schlagen fehl, da diese in der Regel eine vollständige Strukturaufklärung voraussetzen. Die NMR-Spektroskopie bietet stattdessen eine einfache Möglichkeit, Informationen über die chemischen Gruppen in komplexen Mischungen zu erhalten, die in den meisten Fällen ausreichend sind. Ich beschäftige mich mit der Kombination von NMR-Spektroskopie und thermodynamischen Gruppenbeitragsmethoden (z.B. UNIFAC), um die genannten Mischungen modellieren zu können. Auf Grund der Komplexität der Daten bietet es sich an, diese mit Machine Learning Methoden (Neuronale Netze, Support Vector Machines, …) zu verarbeiten.

• Nuklear Magnetresonanz (NMR) – Spektroskopie
• Reaktions- und Prozessmonitoring
• Quantitative Analyse
• Bayes‘sche Statistik

Die online NMR-Spektroskopie ist eine vielversprechende Analysemethode für das Reaktions- und Prozessmonitoring. In dem vorliegenden Projekt sollen neue, auf der Bayes‘schen Statistik beruhende Methoden zur automatischen und zuverlässigen quantitativen Analyse großer NMR-Messreihen entwickelt werden. Die neuen Analysemethoden sollen speziell auf die Anforderungen im Reaktions- und Prozessmonitoring optimiert werden, indem Vorwissen, z.B. über die Stöchiometrie der ablaufenden Reaktionen oder die Strömungsgeschwindigkeit der Probe, direkt für die Analyse genutzt wird.