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Als Wissenschafter an der Universität Cambridge (Macromolecular Materials Laboratory, Cambridge Universit) bin ich direkt an einem faszinierenden Projekt über Carbon Nanotubes (Kohlenstoff-Nanoröhrchen) beteiligt. In Zusammenarbeit mit Bronkhorst arbeiten wir an einem Reaktor, um dieses außergewöhnlich starke und leitfähige Materials kontrolliert herzustellen. In diesem Blogbeitrag möchte ich Ihnen mehr zu diesem Thema berichten und erläutern, warum ich carbon nanotubes für den Werkstoff der Zukunft halte.
Geschichte und Zukunft der Carbon Nanotubes (CNT)
Seit langem bekannt sind diese drei Arten (Modifikationen) des Kohlenstoffes:
- Diamant
- Graphit
- Amorpher Kohlenstoff
Plötzlich, Mitte der 80er Jahre, tauchte in der Forschung eine neue molekulare Form von Kohlenstoff auf und dies war die Initalzündung für das multidisziplinäre Feld der Nanotechnologie. Diese Kohlenstoffmoleküle, die sogenannten Buckminsterfullerene ("Bucky-Balls"), sind nanometerskalige Käfigstrukturen aus Kohlenstoffatomen mit einer Molekularstruktur, die einem Fußball ähnelt.
Abbildung 1: Buckminster-Fulleren
Einige Jahre später kam ein weiterer molekularer Kohlenstoff-Cousin ans Licht: Carbon Nanotubes (CNT). Ähnlich wie bei Buckminster-Fullerenen ist die Fußballstruktur zu einer nanometerbreiten Röhre mit einer Länge, die Millionen mal größer als ihr Durchmesser ist, stark verlängert. Die CNTs rückten mit ihren äußerst interessanten Eigenschaften sofort in den Fokus der Forschung: Die CNTs sind Kohlenstoffverbindungen mit einer geordneten Molekularstruktur und sehr stabilen Bindungen. Diese machen CNTs zu dem stärksten Material, das je hergestellt wurde. Die Festigkeit ist aber nicht alles, Elektronen gleiten mühelos als stabile eindimensionale Leiter über die CNTs, was die elektrische Leitfähigkeit von CNT viermal höher macht als bei Kupfer, bei einer maximalen Kapazität sogar 1.000 mal höher als bei Kupfer.
Anfang der 2000er entwickelten die Forscher Verfahren zur Herstellung von Textilien aus CNT's mit dicht gepackter und ausgerichteter Mikrostruktur. Zunächst blieben die Masseneigenschaften von CNT-Textilien deutlich hinter den spannenden Eigenschaften ihrer einzelnen Moleküle zurück. Nach stetiger Weiterentwicklung ist die hochmoderne CNT-Faser so stark wie herkömmliche Kohlefaser und etwa viermal so leitfähig. Mit der Weiterentwicklung erwarten wir CNT-Fasern, die wesentlich stärker sind als herkömmliche Kohlefasern mit einer elektrischen und thermischen Leitfähigkeit, die höher ist als bei herkömmlichen Metallen wie Kupfer und Aluminium.
Carbon Nanotube Fasern werden aufgrund ihrer Festigkeit in strapazierfähigen Textilien (Schutzkleidung, kugelsichere Westen), Verbundwerkstoffen, Baumaterialien (Keramik, leichtere Karosserien) und Kabeln eingesetzt. Die Verwendung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen könnte enorme Auswirkungen auf das tägliche Leben haben, ähnlich wie Kunststoffe Mitte des 20. Jahrhunderts die Welt verändert haben.
Carbon Nanotubes (CNT) an der Universität Cambridge
In unserem Labor haben wir einen Produktionsprozess entwickelt, mit dem nicht nur Carbon Nanotubes in industriell wettbewerbsfähigen Mengen herstellt werden können, sondern dies mit beispielloser graphitischer Perfektion zu einem makroskopischen Textil mit ausgerichteter Mikrostruktur in einem Produktionsschritt tut. Dieser Produktionsprozess ist an sich einfacher als andere Faserherstellungsverfahren wie herkömmliche Kohlefaser und Kevlar.
Der für diesen Prozess verwendete Floating Catalyst Chemical Vapor Deposition Reactor (F-CVD) benötigt lediglich eine Kohlenstoffquelle (Toluol), eine Katalysatorquelle (Ferrocen) und einen schwefelbasierten Promotor (Thiophen), die zusammengemischt und durch ein Trägergas (Wasserstoff) in einen 1300°C-Rohrreaktor eingespeist werden. Es entsteht eine schwebende CNT-Wolke. Durch die mechanische Extraktion der CNT-Wolke aus dem Rohrreaktor wird die Wolke zu einer Schüttgutfaser mit ausgerichteter Mikrostruktur verdichtet. Dies wird als "CNT-Spinnen" bezeichnet. Ein mit besonderer Schutzausrüstung ausgestatteter Mitarbeiter, auch "der Spinner" genannt, extrahiert die CNT-Wolke mechanisch zu einer Faser.
Eine konsistente Reaktorregelung ist jedoch eine Herausforderung. Die CNT-Materialeigenschaften variieren zwischen den Läufen erheblich und das Verhältnis zwischen kontrollierten und unkontrollierten Reaktor-Eingangsparametern ist noch nicht vollständig verstanden.
Die Herausforderung: Kontrollierte Regelung des CNT-Reaktors
Unsere Forschung zielt darauf ab, eine robuste Rückkopplungsschleife zur Steuerung der CNT-Materialeigenschaften des Reaktors zu implementieren. Alle Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen des Reaktors, die spezifisch ausgewählte CNT-Materialeigenschaften sind, werden automatisch gemessen und in einer Datenbank erfasst; von der Außenwitterung über das Bedienpersonal, das Alter des Rohres bis hin zu den Vorläufer-Konzentrationen, Gasströmen usw..... Die Datenbank wird kontinuierlich für Korrelationen, Parameterinteraktionen und multidimensionale lineare Regressionsmodelle abgefragt, die das Reaktorverhalten mit der Datenexplorations-Software JMP™ statistisch vorhersagen.
So zeigt beispielsweise Abbildung 2 ein statistisches Modell für das G:D-Verhältnis des Materials, dies ist das Verhältnis zwischen Graphit (G) und graphitischen Defekten (D) aus der Raman-Spektroskopie, das den Grad der graphitischen Perfektion anzeigt. Das Modell ist eine Funktion verschiedener Reaktor-Eingangsparameter, die als die statistisch signifikantesten für das G:D-Verhältnis gefunden wurden. Auf der horizontalen Achse im folgenden Diagramm befinden sich die vorhergesagten G:D-Werte des Modells und auf der vertikalen Seite die tatsächlich gemessenen Werte. In einem perfekten Modell mit perfekter Kontrolle würden wir eine gerade 45 Grad Linie erwarten. Offensichtlich sind die Datenpunkte entlang der roten Linie weit gestreut, was auf ein niedriges Niveau der Reaktorregelung hinweist.
Abbildung 2: G/D-Verhältnis bei ungeregelter Precursor-Zufuhr
Dabei wurden die Vorläufer (Toluol, Ferrocen und Thiophen) einfach miteinander vermischt und die Lösung über eine einfache Zahnradpumpe in ein Wasserstoffträgergas eingespritzt. Es zeigte sich, dass ein ausgeklügelteres System für eine bessere Reaktorsteuerung erforderlich war.
Die Bronkhorst-Lösung zur Regelung des Carbon Nanotube Reaktors
Abbildung 2 zeigt unser weiterentwickeltes System. Die flüssigen Ausgangsmaterialien werden nun unabhängig voneinander mit Bronkhorst Coriolis Instrumenten (mini CORI-FLOW Serie geregelt . Die Coriolis-Massendurchflussmesser liefern präzise Massendurchflussraten, ohne dass eine Neukalibrierung bei Eduktwechseln nötig ist. Das erleichtert das Ausprobieren verschiedener CNT-Rezepturen erheblich. Nur Bronkhorst ist es gelungen, das bekannte hochpräzise Coriolis-Prinzip durch den Einsatz der MEMS-Technologie in extrem kleinem Maßstab anzuwenden.
Abbildung 3: Schematischer Aufbau des Carbon Nanotubes -Reaktors
Die Durchflussmengen liegen im Bereich bis 200 g/h für Toluol und sogar unter 100 mg/h für Thiophen. Die Wasserstoff-Trägergasströme werden durch robuste, Plug-and-Play-Bronkhorst-Massendurchflussregler gesteuert. Abschließend werden die genau dosierten Precursor-Substanzen verdampft zusammen mit den kontrollierten Trägergasströmen (Wasserstoff) im Verdampfer verdampft und in den Reaktor eingebracht.
Abbildung 4: G/D-Verhältnis mit geregelter Precursor-Verdampfung
Mit dieser neuen und anspruchsvolleren Instrumentierung ist die statistische Modellierung des chemischen Gasphasenabscheidungsreaktors mit schwebendem Katalysator wesentlich effektiver. Hier sind die tatsächlichen versus prognostizierten Werte für die graphitische Perfektion sehr viel besser, wie in Abbildung 3 dargestellt. Dieses Modell hat wesentlich weniger Rauschen, was bedeutet, dass die Reaktion des Reaktors vorhersehbar und wiederholbar ist. Mit diesem steuerbaren und gut modellierten Reaktorsystem haben wir bisher die typischen CNT-Produktionsraten mehr als verdoppelt und den Grad der graphitischen Kristallinität verdreifacht.
Sie sind selbst aktiv im Bereich Reaktortechnologie? Sprechen Sie mit uns über individuelle Lösungen für Ihre Applikation.
Reduktion von Stickstoffoxiden (NOx) mit wasserfreiem Ammoniak
Unter dem Begriff NOx werden verschiedene Stickstoffoxide (z.B. NO, NO2, N2O, N2O2, N2O4, N2O5, usw.) zusammengefasst. In der Regel handelt es sich um ein Gemisch der verschiedenen Stickstoffoxide. Diese treten bei der Verbrennung als Schadstoffe und werden als stark gesundheitsgefährdend eingestuft.
Eine deutliche Reduktion von NOx in Abgasen sowohl aus dem Straßenverkehr als auch in stationären Verbrennungseinheiten wie Brennern oder Öfen hat oberste Priorität. Mittels selektiver katalytischer Reduktion (Selective Catalaytic Reduction – SCR) wird schon seit längerer Zeit das in einer Verbrennung entstandene NOx in unbedenkliche Stoffe umgewandelt. Über die SCR-Technologie werden Stickoxide und Ammoniak mit Hilfe eines Katalysators in Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) umgewandelt, der wasserfreie Ammoniak (NH3) dient hierbei als Reduktionsmittel.
Ein Kunde von Bronkhorst, der seit über 50 Jahren Kessel und Pumpen für gewerbliche und industrielle Anwendungen verkauft und gewartet hat, hatte bereits ein System zur Regelung der Ammoniakzufuhr im Einsatz. Allerdings erwies sich dieses System als unzuverlässig und nicht robust genug, so dass es immer wieder zu Ausfällen kam und damit sowohl die Regelung als auch das Monitoring lückenhaft war. Dieser Zustand war für die Endkunden hinsichtlich der Umweltverträglichkeit und auch der resultierenden Geldbußen bei Überschreitung der Grenzwerte nicht akzeptabel.
Warum benutzt man Massendurchflussregler für die Zuführung von Ammoniak zum Abgasstrom?
In dem NOx-Reduktionssystem werden die Massendurchflussregler verwendet, um die Strömung von wasserfreiem Ammoniak in das Abgas eines Kessels oder Ofens zu steuern, wo es an einem Katalysator adsorbiert wird. Der Katalysator aktiviert die adsorbierten Moleküle und es kommt zur Reaktion von NOx und NH3. Dabei entstehen Stickstoff (N2) und Wasser (H2O).
Es gibt in vielen Teilen der Welt sehr strikte Gesetzesvorgaben für die Freisetzung von Stickoxiden. Das Überschreiten dieser Grenzwerte wird oft mit hohen Geldstrafen geahndet. Die Anwender benötigten also eine zuverlässige und robuste Lösung, um immer die benötigte Menge Ammoniak zuzusetzen und dieses auch belegen zu können. Es wurde also ein Massendurchflussregler benötigt, der dieses leisten kann und im industriellen Umfeld zu Hause ist.
Die Experten von Bronkhorst schlugen hierfür einen Massendurchflussregler mit CTA-Technologie (Constant Temperature Anemometry) vor, weil dieser auf Grund seiner linearen Bauweise optimal für die Anwendung bei verunreinigten Gasen ist. Der Bronkhorst MASS-STREAM Massendurchflussregler vereinigt Funktionalität mit sehr guter Reproduzierbarkeit in der Messung und Regelung; das robuste IP-65-Gehäuse ermöglicht den Einsatz in industrieller Umgebung.
Nachdem unser Kunde zunächst nur die einzelnen defekten Altsysteme gegen MASS-STREAM Instrumente ersetzt hatte wurden im nächsten Schritt alle bestehenden Anlagen ausgetauscht und wurden so den Anforderungen der Endanwender für einen störungsfreien und compliance-konformen Prozess gerecht.
In unserem vorherigen Blog haben wir bereits viele Anwendungen auf einem Campingplatz vorgestellt, wo Bronkhorst-Lösungen zum Einsatz kommen. Einen sehr wichtigen Aspekt des Campinglebens haben wir jedoch nicht erwähnt: das Kulinarische! Auch Köstlichkeiten wie Eis, Erfrischungsgetränke und Süßigkeiten sind untrennbar mit dem Sommer und Bronkhorst verbunden. Lassen Sie mich Ihnen zeigen, warum....
Massendurchflussregler sorgen für cremigen Eisgenuss
Haben Sie schon einmal die Sommerferien ohne leckere Eiscreme verbringen müssen? Ich musste es bisher glücklicherweise nicht. Für die Herstellung von Speiseeis ist die Luftzufuhr im Produktionsprozess entscheidend. Das liegt daran, dass die Luft zwischen 30% und 50% des Gesamtvolumens an Speiseeis ausmacht. Ein höherer Luftanteil ergibt ein geschmackvolleres und geschmeidigeres Eis. Ein Nebeneffekt der Zugabe von Luft zum Eis ist, dass es schneller schmilzt. Um eine optimale Struktur des Eises zu erreichen, ist es daher wichtig, eine stabile Luftzufuhr im Produktionsprozess mit einem konstanten Sahne-Luft-Verhältnis zu gewährleisten. Dies kann durch den Einsatz eines Massendurchflussreglers erreicht werden. Haben Sie Lust auf Eiscreme bekommen? Schauen Sie mal in unseren Blog über Eiscreme-Produktion.
Wir bringen den Sprudel ins Getränk
Bei diesen hohen Temperaturen ist es extrem wichtig, dass Sie genug trinken. Ein leckeres Erfrischungsgetränk ist also keineswegs ein leichtfertiger Luxus. Das "fssst", das man beim Öffnen einer Flasche Limonade hört, sind Millionen von Kohlendioxid (CO2)-Molekülen, die aus ihrem wässrigen Gefängnis strömen, in das sie gezwungen wurden. In der Erfrischungsgetränke- und Mineralwasserbranche wird eine effektive Lösung benötigt, um Flüssigkeiten schnell und reproduzierbar CO2-Gas zuzuführen. Hersteller von Erfrischungsgetränken sorgen für dieses prickelnde Gefühl, indem sie mit Hilfe eines thermischen Massendurchflussreglers für Gas Kohlendioxid unter hohem Druck in Ihr Getränk zwingen. Es ist wichtig, dass der Karbonatisierungsprozess genau ist. Eine zu geringe CO2-Injektion endet in einem "flauen" Getränk, während eine übermäßige Karbonatisierung die Flasche möglicherweise brechen kann, was zu Sicherheitsproblemen und Produktverlust führt.
Oberflächenbehandlung von Lebensmittelverpackungen
Nicht nur Getränke werden mit Hilfe von Bronkhorst hergestellt. Die Verpackung von Lebensmitteln muss viele Anforderungen erfüllen und auch hier werden Durchflussmesser eingesetzt. Um die Haltbarkeit zu verlängern, muss jede Verpackung steril sein und während der Abfüllung muss außerdem Sauerstoff entfernt werden. Auch hier ist ein genauer und reproduzierbarer Durchfluss sehr wichtig. Coriolis-Massendurchflussmesser, CEM (Controlled Evaporation Mixer) und Gasmassendurchflussregler sind die Schlüsselinstrumente in diesen Prozessen. Um mehr über diesen Prozess zu erfahren, lesen Sie bitte den Blog von James Walton, in dem er die Sterilisation von Verpackungen zur Verlängerung der Haltbarkeit erklärt.
Additiv-Dosierung bei der Herstellung von Süßigkeiten
Sicherlich werden nicht nur die Eltern unter uns die starke Vorliebe der Kinder für Süßigkeiten kennen. Wegen ihrer Süße, aber auch wegen ihrer attraktiven Farben sind sie bei Jung und Alt beliebt. Bei der Herstellung von Süßwaren werden Zusatzstoffe wie Farbstoffe, Aromen und Säureregulatoren zugesetzt. Durch den Einsatz von Ultraschall-Volumenstrommessgeräten wurde die Messgenauigkeit verbessert, ebenso wie die Qualitätskontrolle des Fertigungsprozesses. Viele Farb- und Aromastoffe sind kostspielig und eine kontrollierte und effiziente Verwendung dieser Stoffe führt zu einer besseren Produktqualität und spart natürlich auch Rohstoffe. Erfahren Sie mehr über Ultraschalltechnik in der Additivdosierung in unserem Blog von Erwin Eekelder.
Die Dosierung von Farbstoffen spielt aber nicht nur in der Lebensmittelherstellung eine Rolle. Bronkhorst begegnet uns auch bei einer Pflicht, vor der wir uns normalerweise gerne drücken - dem Abwasch.
Farbstoffdosierung in Reinigungsmitteln mit Coriolis-Massendurchflussreglern
Geschirrspülen - es ist eine der mühsamsten Aufgaben des Campinglebens, besonders wenn man es von zu Hause gewohnt ist, einfach die Geschirrspülmaschine zu benutzen. Mit etwas Hilfe von Bronkhorst wird das Geschirrspülen jedoch etwas bunter. Coriolis-Massendurchflussregler werden zur Dosierung von Farbmitteln (oder Farbstoffen) eingesetzt. Dies gilt unter anderem für die Herstellung von Geschirrspülmitteln eingesetzt. Dies gilt unter anderem für die Herstellung von Geschirrspülmitteln. Neben der Aromatisierung sind Genauigkeit und Reproduzierbarkeit bei der Farbdosierung für einen Waschmittelhersteller von großer Bedeutung. Jede Flasche muss die gleiche Farbe haben, man sollte keinen Farbunterschied zwischen den Flaschen im Regal sehen. Durch die Kombination einer Pumpe mit Coriolis-Massendurchflussreglern wird die Additivmenge auf Basis des Massendurchfluss anstelle des üblichen Volumenstroms ermöglicht. Da der reale Massenstrom unabhängig von den Flüssigkeitseigenschaften des Farbmittels ist, ist die Genauigkeit unnachahmlich.
Wie Sie sehen, ist Bronkhorst an der Herstellung vieler Dinge beteiligt, die den Urlaub schöner machen. Sie möchten noch mehr wissen? Schauen Sie mal in unseren Camping-Blog Teil 1 von Gerhard Bauhuis.
Die Temperaturen steigen immer weiter, der Himmel ist strahlend blau und viele von uns genießen die Sommerferien. Seit einigen Jahren wird Campingurlaub in Deutschland immer beliebter, egal ob im Zelt, mit Wohnwagen oder Wohnmobil. Jetzt ist es endlich an der Zeit, alles hinter sich zu lassen und für einen Moment den Stress und die Hektik des Alltags zu vergessen. Überall, wo Sie ihre Zelte aufschlagen, ist Bronkhorst mit Ihnen unterwegs. Bronkhorst spielt eine Rolle in vielen verschiedenen Anwendungen, auch beim Camping. Lassen Sie sich von mir einige Dinge zeigen, die Sie oft auf einem Campingplatz sehen und die ohne unsere Massendurchflussregler vielleicht nicht vorhanden wären.
Oberflächenveredelung
Wenn Sie mit dem Auto in den Urlaub fahren, begegnen Ihnen schon die ersten Dinge, bei deren Produktion Bronkhorst beteiligt ist. Schauen Sie mal auf Ihr Armaturenbrett, das sieht ein wenig aus wie Leder, ist in der Regel aber keines. Ein großes Unternehmen stellt eine Folie her, die das Armaturenbrett bedeckt und ihm einen „Lederlook“ verleiht. Die Folie wird durch Einsprühen von flüssigem Polyurethan in eine Metallform hergestellt, dabei sind Coriolis-Massendurchflussregler im Einsatz, um die Form vor dem Einfüllen des PU mit einem Trennmittel zu beschichten.
Glasbeschichtung
Wenn Sie nun über ihr Armaturenbrett nach Vorne schauen, sehen Sie durch die Frontscheibe Ihres Fahrzeugs. Mittels Beschichtung werden die Eigenschaften einer Frontscheibe genau angepasst, dazu gehören die Lichtdurchlässigkeit, der Schutz vor mechanischer und chemischer Beanspruchung, Erhöhung der Kratzfestigkeit und Splitterschutz ebenso wie das Abperlen von Wasser (Lotus-Effekt). Für diese Beschichtungsprozesse werden thermische Massendurchflussregler eingesetzt. Durch die Steuerung der einzelnen Prozessgasströme wird eine Verbesserung der Schichtdickengleichmäßigkeit erreicht.
Beschichtung von Scheinwerfern
Als Anfang der 80er Jahre Polycarbonat als Ersatz für Scheinwerferglas eingeführt wurde, traten neue Erfordernisse auf. Scheinwerfer sind einer rauen Umgebung ausgesetzt. Aufgrund der Position in der Front eines Autos sind die kritischen Parameter für die Lebensdauer und Leistung die Witterungsbeständigkeit, aber auch Kratzer und Abrieb. Um die Scheinwerfer vor diesen Belastungen zu schützen, wurden Kratz- und Abriebbeschichtungen entwickelt, die mit Hilfe von Robotern auf die Scheinwerfer gesprüht werden. Hier steuern Coriolis-Massenstromregler den Durchfluss zu den Spritzdüsen, so dass eine einheitliche Schichtdicke gewährleistet ist.
Hydrophobe Beschichtung
Die Oberflächenveredelung ist natürlich nicht nur für Glas und Armaturenbretter geeignet. Wenn Sie Erfahrung mit Camping haben, werden Sie wissen, wie extrem das Wetter im Sommer manchmal sein kann. Die Markise Ihres Wohnwagens muss wasserabweisend sein - das gilt auch für Ihren Regenmantel - um heftige Regenfälle von Zeit zu Zeit aushalten zu können. Um Gewebe und Textilien hydrophob zu machen, setzt die EMPA - die eidgenössische Materialprüfungsanstalt an der ETH-Zürich - die Plasmapolymerisation ein, um dünne, nanoskalige Schichten auf Gewebe und Fasern aufzubringen. Dazu verwenden sie ein Verdampfersystem mit Trägergasstrom, das sogenannte CEM-System (Controlled Evaporation and Mixing System). In einem unserer vorherigen Blogs „Hydrophobe Beschichtungen- die Antwort für alle Outdoor-Aktivitäten“ erfahren Sie mehr über diese Anwendung.
Odorierung
Verlassen wir nun unser Fahrzeug und wenden uns dem Leben auf dem Campingplatz zu. Wohnwagen und Wohnmobile verfügen in der Regel über eine Gas-Heizung und auch der eingebaute Kühlschrank wird mit Gas betrieben, wenn kein Stromanschluss verfügbar ist. Dazu kommt, dass mit Gas gekocht wird und auch immer mehr Gas-Grills im Einsatz sind. Da wir Menschen Erdgas nicht riechen können, wird dem Gas ein Stoff beigemischt, den wir wahrnehmen können und der uns vor austretendem Gas warnt. Auch hier sind Massendurchflussregler von Bronkhorst im Einsatz, mit denen kleinste Mengen von Tetrahydrothiophen (THT) oder Merkaptan ins Gas dosiert werden. Lassen Sie uns noch kurz beim Thema Duft bleiben. Wenn es dunkel wird, schwärmen auch die Stechmücken aus. Damit wir nicht gestochen werden, benutzen wir Duftkerzen mit Citronella und anderen ätherischen Ölen, die Insekten fernhalten. Das ist zum einen schön anzusehen und schützt uns zum anderen vor juckenden Stichen. Die Zugabe dieser Duftöle muss genau dosiert werden, damit solche Kerzen sauber und sicher brennen und der Wirkstoff homogen verteilt wird. Hier ist die CORI-FILL Technik im Einsatz.
LED-Beleuchtung
So schön Kerzen auch sind, die Zeiten, in denen wir mit einer Kerze in der Hand nachts zur Toilette geeilt sind, sind definitiv vorbei. Heutzutage benutzen wir eine LED-Taschenlampe, damit wir nachts sehen, wo wir hinlaufen. Das Funktionsprinzip der LED (Light Emitting Diode) in solch einer Taschenlampe ist eine Technologie, bei der Bronkhorst eine Rolle spielt. LED arbeitet über das Phänomen der Elektrolumineszenz, das die Emission von Licht aus einem Halbleiter (Diode) unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes ist. Durch den Einsatz eines halbleitenden Materials, wie z.B. Galliumarsenidphosphid, ist die Herstellung von roten, orangen und gelben Leuchtdioden möglich.
Nun habe ich Ihnen schon Vieles gezeigt, aber offen gesagt, ist dies nur ein kleiner Teil von all den Applikationen im Camping-Bereich, an denen wir beteiligt sind.
Sie möchten mehr erfahren über die vorgestellten Applikationen? Kontaktieren Sie uns!
Als Forscher im PC2A-Labor beschäftige ich mich täglich mit kleinen Gasströmungen. Das PC2A-Labor (PhysicoChimie des Processus de Combustion et de l'Atmosphère) ist eine multidisziplinäre öffentliche Forschungseinheit (CNRS/Universität Lille), die sich mit Untersuchungen unserer Atmosphäre und der Verbrennungsphysik beschäftigt. Physikalische Chemie im Allgemeinen ist die Chemie, die sich mit den physikalisch-chemischen Eigenschaften von Stoffen beschäftigt. Bronkhorst-Instrumente spielen eine wesentliche Rolle in unseren Forschungen, um diese Substanzen in verschiedenen Untersuchungen zu messen und zu kontrollieren. In diesem Blog möchte ich Ihnen unsere Forschungsgebiet vorstellen und erläutern, warum wir eine Massenflusskontrolle brauchen.
Forschung im PC2A-Labor
Im PC2A-Labor beschäftigen sich etwa 60 Wissenschaftler in 3 Forschergruppen mit energie- und umweltbezogen Themen:
1. Physikalische Chemie der Verbrennung
Unsere erste Arbeitsgruppe untersucht die physikalisch-chemischen Aspekte von Verbrennungsvorgängen. Das erste Ziel dieser Forschung ist es, die Verbrennungschemie zu verstehen. Wie bilden sich z.B. Schadstoffe wie Stickoxide (NOx) und Ruß in Flammen. Hierfür entwickeln wir detaillierte kinetische Mechanismen der Oxidation und Selbstentzündung von Stoffen wie Biokraftstoffen, Wasserstoff, synthetischen Kraftstoffen, Biomasse oder Kohle. Das alles dank unserer großen Experimentierplattform mit Flammen, Schnellkompressionssystemen und lasergestützten Analysemethoden.
2. Physikalische Chemie der Atmosphäre
In der Forschergruppe “Physikalische Chemie der Atmosphäre” untersuchen wir die Kinetik chemischer Reaktionen, die in unserer Atmosphäre ablaufen. Hier gibt es zwei Schwerpunkte:
- Homogene und heterogene Reaktivität in der Atmosphäre zum Verständnis der Umwandlung von Schadgasen und Partikeln (Pollen, Ruß) in der Atmosphäre;
- Luftqualität mit experimenteller Charakterisierung und numerischer Simulation von Innen- und Außenräumen, Schadstoffquellen und Auswirkungen auf Gesundheit und Klima.
Für diese Experimente entwickeln wir Analysemethoden und -Geräte zur Charakterisierung der Reaktivität wichtiger Spezies, die an den Prozessen der Atmosphärenchemie beteiligt sind, insbesondere reaktive Spezies (Radikale). Für die Durchführung unserer Experimente ist es unerlässlich, die Gasmenge, die unseren Laborreaktoren zugeführt wird, und dann die Konzentration der Reaktanden im chemischen System genau zu kennen. Für diese Anwendung verwenden wir Bronkhorst Massendurchflussregler der Serie EL-FLOW Select. Diese Instrumente ermöglichen uns die einfache Durchführung von parametrischen Studien aufgrund ihrer schnellen Reaktion und hohen Wiederholgenauigkeit. Darüber hinaus ist die Gleichmäßigkeit des Durchflusses entscheidend für eine genaue Messung.
3. Nukleare Sicherheit: Chemische Kinetik, Verbrennung und Reaktivität
Unser drittes Team ist ein Kooperationsteam zwischen dem PC2A und dem Pôle de Sûreté Nucléaire (PSN) des IRSN (Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire), das sich mit Fragen der thermodynamischen und chemischen Reaktivität von Spaltprodukten beschäftigt. Das Hauptziel dieser Forschung ist die Validierung von Schätzungen der Emissionen radioaktiver Schadstoffe im Falle eines nuklearen Unfalls durch Modellierung der Entwicklung und experimentelle Studien.
Massendurchflussregler für die physikalische Chemie
Das PC2A-Labor nutzt viele Massendurchflussregler von Bronkhorst. Und das nicht nur wegen ihrer Spezifikationen wie schnelle Reaktion und hohe Wiederholgenauigkeit. Auch wegen der einfachen Bedienung dieser Massendurchflussregler mit der Labview-Software sind diese Geräte für uns hervorragend geeignet. Die Möglichkeit, Daten zu exportieren und darüber hinaus die Flexibilität bei der Umschaltung zwischen verschiedenen Durchflussreglern macht Bronkhorst zu einem perfekten Partner für uns. Im Labor werden die thermischen Massendurchflussregler (Serie EL-FLOW Select) und die Durchflussregler mit geringem Druckverlust (LOW DP-FLOW-Geräte) eingesetzt.
In folgendem Youtube-Video sehen sie die Arbeitsweise von EL-FLOW Select:
Lassen Sie mich zunächst erklären, was demineralisiertes Wasser ist. Demineralisiertes Wasser, auch Demi-Wasser genannt, ist gereinigtes Wasser und wird häufig in Laboranwendungen für industrielle und wissenschaftliche Zwecke verwendet. Aber auch im Alltag begegnet man Anwendungen mit Demi-Wasser. Demi-Wasser kann beispielsweise zum Bügeln Ihrer Kleidung mit einem Dampfbügeleisen verwendet werden, um Kalkablagerungen in Ihrem Bügeleisen zu vermeiden. Aber auch in Autowaschanlagen wird es eingesetzt: Eine geringe Menge Demi-Wasser wird am Ende des Waschprogramms über das Auto gesprüht, um Tropfenrückstände auf Ihrem Autolack zu vermeiden. Am Ende dieses Blogs sind einige Beispiele für den Einsatz geeigneter Bronkhorst-Instrumente aufgeführt.
Demineralisiertes Wasser versus destilliertes Wasser
Demineralisiertes Wasser ist Wasser, das so gereinigt wurde, dass (die meisten) seiner Mineral- und Salzionen entfernt werden. Man denke zum Beispiel an Calcium, Chlorid, Sulfat, Magnesium und Natrium. Demineralisiertes Wasser wird auch als Demi-Wasser oder deionisiertes Wasser bezeichnet. Demineralisiertes Wasser unterscheidet sich im Allgemeinen von destilliertem Wasser. Destilliertes Wasser wird durch Kochen und erneutes Kondensieren gereinigt. Auf diese Weise werden Salzionen entfernt.
Der Hauptunterschied zwischen demineralisiertem Wasser und destilliertem Wasser besteht darin, dass destilliertes Wasser in der Regel weniger organische Verunreinigungen enthält; die Deionisierung entfernt keine ungeladenen Moleküle, Viren oder Bakterien. Demineralisiertes Wasser hat meist weniger Mineralionen; dies ist abhängig von der Art seiner Herstellung. Die Deionisation hat eine sauberere Produktion und hinterlässt weniger Kalk in den Anlagen, in denen sie eingesetzt wird. Ein wichtiger Punkt bei der Verwendung dieses demineralisierten Wassers ist das Material Ihrer Instrumente. Nicht jedes Material eignet sich als Rohrleitungsmaterial für Demi-Wasser; dies hängt auch von den verwendeten Temperaturen ab.
Wie wird Demi-Wasser hergestellt?
Demineralisiertes Wasser wird über drei Hauptwege produziert:
- Über Ionenaustauschverfahren mit Ionenaustauscherharzen:
Positive Ionen werden durch Wasserstoffionen und negative Ionen durch Hydroxidionen ersetzt.
- Über die Elektro-Deionisation findet auch ein Ionenaustauschprozess statt:
Ein elektrischer Strom wird durch die Harze geschickt, um sie regeneriert zu halten. Die unerwünschten Ionen bewegen sich von der Reaktionsoberfläche weg zu den Elektroden.
- Über Membranfiltration:
meist in mehreren Schritten
Um die richtige Qualität des Demi-Wassers zu erhalten, sind mehrere Stufen der Demineralisierung notwendig. Der Einsatz der Membranfiltration hat in diesem Fall den Vorteil, dass in der Regel keine Chemikalien zur Erzeugung des Demi-Wassers benötigt werden (außer vielleicht zur Reinigung); der Nachteil ist die Menge an (elektrischer) Energie, die durch den Prozess verbraucht wird. Beim Einsatz von Ionentauschern beeinflusst die Herstellungsartaußerdem den pH-Wert des Demi-Wassers.
Demineralisiertes Wasser - gängige Anwendungen
Demineralisiertes Wasser wird für industrielle und wissenschaftliche Zwecke verwendet. Sie können sich die folgenden Anwendungen vorstellen:
- Laboranwendungen und Tests
- Autowäsche
- Waschwasser für die Computerchip-Herstellung
- Automotive verwendet z.B. Blei-Säure-Batterien und Kühlsysteme
- Kesselspeisung
- Laserschneiden
- Optimierung von Brennstoffzellen
- Dampfbügeleisen und Dampferzeugeranwendungen
- Pharmazeutische Produktion
- Kosmetik
- Feuerlöscher
Gesundheitsrisiken durch demineralisiertes Wasser
Man könnte vermuten, dass demineralisiertes Wasser, das durch (Elektro-)Ionenaustausch, Destillation, Membranfiltration oder andere Produktionsverfahren vollständig von Mineralien befreit wird, als Trinkwasser verwendbar sei. Wie bei allen Dingen gibt es jedoch Vor- und Nachteile beim Trinken von demineralisiertem Wasser. Der Vorteil ist, dass die Mineralien, die für uns schlecht sind, entfernt wurden. Es gibt eine Menge Dokumentation über schlechte Einflüsse bestimmter Mineralien auf unseren Körper. Der große Nachteil des Trinkens von demineralisiertem Wasser ist jedoch, dass Demi-Wasser auch die guten Mineralien aus unserem Körper herausschwemmt und einen Mangel verursacht, so dass unser Körper nicht mehr richtig funktionieren kann. Außerdem wird der Wasserhaushalt unserer Zellen gestört und das kann durchaus gefährlich werden.
Zusammengefasst: Demi-Wasser sollte nicht als Trinkwasser verwendet werden, da es Mineralien entfernt, die für eine gute Gesundheit notwendig sind.
Einige Beispiele für Instrumente, die für Demi-Wasser verwendet werden können