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Sechs Absolventen für effizienten Studienabschluss ausgezeichnet

08.10.2008 - (idw) DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V.

Für ein besonders effizientes Studium werden in diesem Jahr bereits zum 15. Mal die DECHEMA-Studentenpreise an Absolventen der Diplom-Fachrichtungen Technische Chemie, Chemische Verfahrenstechnik / Chemieingenieurwesen und Biotechnologie vergeben. Mit diesen Preisen werden hervorragende fachliche Leistungen und eine besonders kurze Studiendauer ausgezeichnet. Die Preisverleihung erfolgte am 7. Oktober 2008 im Rahmen der ProcessNet-Jahrestagung im Kongresszentrum Karlsruhe durch den Vorsitzenden der DECHEMA, Dr. Alfred Oberholz.

Ausgezeichnet wurden

für das Fachgebiet Technische Chemie

· Dipl.-Ing. Katrin Becker, Technische Universität Darmstadt
· Dipl.-Chem. Sandra Rabl, Universität Stuttgart

für das Fachgebiet Chemische Verfahrenstechnik / Chemieingenieurwesen

· Dipl.-Chem. Jan Christopher Kuschnerow, Technische Universität Braunschweig
· Dipl.-Ing. Christoph Hertel, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

für das Fachgebiet Biotechnologie

· Dipl.-Ing. Alexander Kutter, Universität Erlangen-Nürnberg
· Dipl.-Bioing. Tina Kröber, Universität Halle-Wittenberg

Die DECHEMA-Studentenpreise werden seit 1994 jährlich vergeben und sollen zur Effizienzsteigerung des deutschen Hochschulstudiums beitragen. Die meisten Preise gingen bisher an Studenten der Universität Halle-Wittenberg, gefolgt von der RWTH Aachen und der Universität Karlsruhe (TH) sowie den TUs Berlin, München und Darmstadt.

Vorschläge für die Studentenpreise 2009 können bis Mitte Januar 2009 bei der DECHEMA eingereicht werden. Vorschlagsberechtigt sind die Hochschullehrer der genannten Fachrichtungen.


DECHEMA-Studentenpreise 2008 - Kurzfassungen der Preisträgerarbeiten

Modellierung mikrostruktureller Polymereigenschaften von
Ethen-Vinylacetat-Copolymeren

Dipl.-Ing. Katrin Becker, Technische Universität Darmstadt
Fachgebiet Technische Chemie

Entscheidend für die Produkteigenschaften sind die mikrostrukturellen Eigenschaften von Polymeren aus Hochtemperatur- und Hochdruckprozessen. Dazu zählen beispielsweise die Molekulargewichtsverteilung, die Verzweigungsdichte von Kurz- und Langketten und bei Copolymeren die Zusammensetzung sowie die Verteilung der Sequenzlängen.

Zur Berechnung der Mikrostruktur von Ethen-Vinylacetat-Copolymeren entwickelte Katrin Becker mit Hilfe der kinetischen Daten Modelle, die das komplexe Reaktionsnetzwerk einer Copolymerisation widerspiegeln und auch die Reaktionsbedingungen und Reaktionsführung abbilden. Von besonderem Interesse waren dabei die Sequenzlängenverteilungen der Monomere sowie der kettenlängendifferenzierte Vinylacetatgehalt im Polymer.

Die Simulationen führte Katrin Becker mit dem Programmpaket Predici durch. Als Grundlage zur Beschreibung kettenlängendifferenzierter mikrostruktureller Polymereigenschaften diente dabei eine Kombination des Konzepts von Randwertdichtefunktionen mit der h-p-Galerkin-Methode. Zur Validierung der Modelle charakterisierte sie Polymerproben mittels elpermeationschromatographie und einer Kopplung von Chromatographie und Fourier-Transformations-Infrarot-Spektroskopie. Der Vergleich der berechneten mit den experimentellen Resultaten zeigte eine gute Übereinstimmung.

Festkörper-NMR-Untersuchungen zu dem Mechanismus der Beckmann-Umlagerung von Cyclohexanonoxim an mesoporösen Katalysatoren

Dipl.-Chem. Sandra Rabl, Universität Stuttgart
Fachgebiet Technische Chemie

Die Beckmann-Umlagerung von Cyclohexanonoxim zu epsilon-Caprolactam ist eine Vorstufe bei der Synthese von Kunststoffen. Dafür wird in der Regel konzentrierte Schwefelsäure eingesetzt. Sandra Rabl untersuchte in ihrer Arbeit, ob die Reaktion durch den Einsatz von mesoporösen Katalysatoren ökologisch verträglicher gestaltet werden kann. Mittels Festkörper-NMR-Spektroskopie untersuchte sie den Mechanismus der Beckmann-Umlagerung von Cyclohexanonoxim zu epsilon-Caprolactam an den aluminiumfreien mesoporösen Katalysatoren SBA-15 und H-MCM-41 sowie an den aluminiumhaltigen mesoporösen Katalysatoren [Al]SBA-15 und H-[Al]MCM-41.

Dazu stellte sie zunächst Mischungen aus dehydratisierten mesoporösen Katalysatoren und 15N-Cyclohexanonoxim her und erhitzte diese ca. 20 min bei 393, 423, 473, 498 und 523 K. Nach jeder Temperaturstufe wurden die Proben bei Raumtemperatur mit 15N-MAS-NMR-Spektroskopie untersucht. Die Beckmann-Umlagerung von Cyclohexanonoxim findet an mesoporösen Materialien sowohl mit als auch ohne Brønsted-Säurezentren statt. An mesoporösen Molekularsieben mit Brønsted-Säurezentren beginnt die Umlagerung schon bei 423 K und somit bei einer um 50 K niedrigeren Temperatur als bei aluminiumfreien Katalysatoren. Dafür liefern die Umlagerungen an den aluminiumhaltigen Katalysatoren aber eine größere Zahl unterschiedlicher Nebenprodukte.

Einsatz ionischer Fluide als Katalysator in der homogenen Reaktivdestillation unter Berücksichtigung reaktionskinetischer Aspekte

Dipl.-Chem. Jan Christopher Kuschnerow, Technische Universität Braunschweig
Fachgebiet Chemische Verfahrenstechnik / Chemieingenieurwesen

In seiner Diplomarbeit untersuchte Jan Christopher Kuschnerow die säurekatalysierte Umesterung. Diese Reaktion wird bei zahlreichen industriellen Prozesse eingesetzt, z. B. bei der Produktion von Biodiesel, dem Kunststoff PET (Polyethylenterephtalat) oder von Margarine. Ionische Flüssigkeiten sind flüssige Salze, die aus verschiedenen Anionen und Kationen bestehen. Durch fast beliebige Kombinationsmöglichkeiten lassen sich für viele Zwecke maßgeschneiderte Eigenschaften einstellen, so dass diese Stoffe als Lösungsmittel und Katalysatoren sowie in der Elektrochemie eingesetzt werden.

Zunächst synthetisierte Jan Kuschnerow die beiden Ionischen Flüssigkeiten 1-Butyl-3-ethylimidazoliumhydrogensulfat (BEIM-HSO4) und Triabutylmmoniumhydrogensulfat (Bu3NH-HSO4) und überprüfte sie in einer Testreaktion auf ihre generelle Eignung. Anschließend wurde die Umesterung von Butanol mit Ethylacetat unter Variation der Parameter Temperatur, Katalysatorkonzentration, Molverhältnis der Edukte und Katalysator durchgeführt und die Konzentrationsverläufe über die Zeit mittels Gaschromatographie dokumentiert.

Seine Ergebnisse zeigen, dass die säurekatalysierte Umesterung mit Ionischen Flüssigkeiten durchgeführt werden kann und annähernd mit den katalytischen Leistungen der Schwefelsäure vergleichbar ist. Durch den Einsatz von BEIM-HSO4 wurde die Katalyseleistung gegenüber dem früher verwendeten 1-Ethyl-3-methylimidazoliumhydrogensulfat (EMIM-HSO4) um das Zwei- bis Dreifache gesteigert. Dies liegt in erster Linie an der besseren Löslichkeit im Reaktionssystem. Bu3NH-HSO4 hingegen weist eine mit EMIM-HSO4 vergleichbare katalytische Aktivität auf, ist aber sehr einfach aus preisgünstigen Ausgangsmaterialien herzustellen. Zudem ist es bei Raumtemperatur fest und deshalb kaum hygroskopisch, dadurch lässt es sich einfacher handhaben und kann auch bei wasserempfindlichen Reaktionen eingesetzt werden.

Herr Kuschnerow setzt dieses Projekt in seiner Dissertation fort, um die IL-katalysierte Umesterung auf andere Stoffsysteme zu übertragen und als kontinuierliche Reaktivdestillation mit kontinuierlicher Katalysatorrückführung zu realisieren.

Modellbasierte Analyse eines zyklischen Wassergas-Shift-Reaktors

Dipl.-Ing. Christoph Hertel, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Fachgebiet Chemische Verfahrenstechnik / Chemieingenieurwesen

Christoph Hertel untersuchte in seiner Arbeit, ob der zyklische Wassergas-Shift-Reaktor (ZWGSR) zur Produktion von CO-freiem Wasserstoff aus Synthesegas eingesetzt werden kann.

Beim ZWGSR wird die Reaktion von Kohlenmonoxid mit Wasser zu Kohlendioxid und Wasserstoff so gesteuert, dass die Oxidationsreaktion (Kohlenmonoxid zur Kohlendioxid) und die Reduktion (Wasser zu Wasserstoff) zeitlich getrennt ablaufen. Ein Festbett aus Eisenmaterial übernimmt durch eine reversible Umwandlung in Eisenoxid die Funktion eines Sauerstoffspeichers. Durch diese Auftrennung wird die thermodynamsiche Limitierung der Wassergas-Shift-Reaktion bei hohen Temperaturen umgangen. Ziel dieses Reaktorkonzeptes ist es, die Prozesskette aus Hochtemperatur-Shift-Reaktion, Niedertemperatur-Shift-Reaktion und Selektiv-Oxidation zur Aufreinigung des Wasserstoffs vollständig zu ersetzen. Auf der Basis der wichtigsten physikalischen und prozesstechnischen Eigenschaften des ZWGSR führte Christoph Hertel Modellberechnungen und eine dynamische Simulation des Durchbruchsverhaltens und des zyklischen Betriebes durch.

Das Ergebnis seiner Arbeit zeigt, dass die effizienteste Betriebsweise für den ZWGSR der Gegenstrombetrieb mit kurzen Zykluszeiten ist. Dies schont auch das Festbett und ermöglicht eine gute Wärmeintegration.

Proteinstruktur und Elektrostatik von beta-Laktoglobulin unter Hochdruck

Dipl.-Ing. Alexander, Kutter Universität Erlangen-Nürnberg
Fachgebiet Biotechnologie

Die Hochdruckbehandlung von Lebensmitteln bietet neuartige Möglichkeiten hinsichtlich der spezifischen Erzeugung von Strukturen. So können Lebensmittel oder pharmazeutische Erzeugnisse gezielt von pathogenen oder unerwünschten Mikroorganismen befreit werden. Die Struktur und die wertgebenden Bestandteile wie Vitamine werden dabei wesentlich geringeren Belastungen ausgesetzt als bei der üblichen thermischen Behandlung. Einblicke in diese Prozesse auf molekularer Ebene rücken deshalb immer mehr in den Fokus der Wissenschaft.

Alexander Kutter führte seine Untersuchungen an beta-Laktoglobulin (BLG) durch, da es mengenmäßig das wichtigste Molkeprotein ist und somit eine ideale Untersuchungsgrundlage für ablaufende Strukturänderungen darstellt. Mit Hilfe molekularmechanischer Methoden können druckinduzierte Strukturänderungen des BLG-Dimers in wässriger Lösung in einem Druckbereich von 0,1 MPa bis 650 MPa und bei einer Temperatur von 298 K beobachtet werden. Die erforderlichen Berechungen erfolgten mit dem kommerziellen Softwarepaket CHARMM und die Auswertung der Kontinuumselektrostatik mit DelPhi v.4.

Bei molekularmechanischen Simulationen kann man im Gegensatz zum Experiment einzelne Strukturmerkmale komplexer Moleküle gesondert betrachten. Die Modellsysteme zeigen dabei annähernd dieselben stofflichen Daten wie reale Systeme. Anhand der Simulationsergebnisse konnte Alexander Kutter zeigen, dass für die isothermen Kompressibilitäten der Helizes, Faltblätter, Kavitäten, Hydrathüllen und des gesamten Proteins weitgehende Übereinstimmung mit Literaturwerten herrscht. Er stellte fest, dass in höheren Druckbereichen die explizit simulierten Wassermoleküle eindeutig in den hydrophoben Kern eindringen. Kinematische Betrachtungen lassen den Schluss zu, dass die Dissoziation des Dimers mit einer Rotationsbewegung beginnen könnte.

Ernte und Reinigung von humanem Influenzavirus aus Säugerzellkultur

Dipl.-Bioing. Tina Kröber, Universität Halle-Wittenberg
Fachgebiet Biotechnologie

Aufbauend auf eine vorangegangene Arbeit entwickelte Tina Kröber einen Aufarbeitungsprozess zur Ernte und Reinigung eines humanen Influenzavirus weiter, der in einer in Säugerzellkultur produziert wird. Der Fokus lag dabei auf der Entfernung der Wirtszell-DNA, ohne die Produktausbeute drastisch zu schmälern. Die Ernte und Abtrennung der Zelltrümmer erfolgte nach der Viruskultivierung durch Zentrifugieren.

Nach der chemischen Inaktivierung erfolgte die Grobreinigung der Kulturbrühe durch die Fällung verunreinigender Wirtszell-DNA mit dem kationischen Polymer Polyethylenimin (PEI). Im Anschluss werden die Präzipitate (Niederschläge) mittels Mikrofiltration abgetrennt. Die günstigsten Prozessbedingungen ermittelte Tina Kröber durch experimentelles Design mit simultaner Untersuchung der Einflüsse von Ionenstärke, pH-Wert und Molekulargewicht des Fällungsmittels. Neben der Festlegung geeigneter Betriebsbedingungen untersuchte sie auch die Übertragbarkeit der DNA-Fällung auf größere Präzipitationsvolumina. Die Entfernung des toxischen PEI aus der Kulturbrühe sowie die Konditionierung und Konzentrierung erreichte sie durch eine Ultrafiltration/Diafiltration (UF/DF). Dafür optimierte sie zunächst im kleinen Maßstab die Prozessparameter Wandscherrate und Flussdichte, um eine befriedigende Ausbeute zu erreichen. Im letzten Teil ihrer Arbeit untersuchte Frau Kröber die Selektivität zweier Anionentauscher zur Feinreinigung von Influenzaviren. In einem Screening teste sie außerdem Membranadsorber mit verschiedenen Spezifikationen auf ihre Fähigkeit, Influenzaviren zu binden.


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