MRI in chemical engineering

• MRT in der chemischen Verfahrenstechnik

Benders, Stefan; Blümich, Bernhard (Thesis advisor); Liauw, Marcel (Thesis advisor)

Aachen (2019)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2019

Kurzfassung

Magnetresonanzbasierte Techniken wie die Magnetresonanztomographie (MRT) bieten eine Vielzahl von Vorteilen bei der Untersuchung von Systemen in der chemischen Verfahrenstechnik. Im Kontrast zu beispielsweise optischen Methoden ermöglicht MRT hier einzigartige Einsichten. Durch die vielen verfügbaren Parameter können zusätzliche Informationen und Kontrast erhalten werden. In dieser Arbeit wird das Potenzial von MRI in diesem Feld aufgezeigt. Dabei ist es besonders wichtig, die Methode der Anwendung anzupassen. Als Beispiele werden in dieser Arbeit sowohl Materialien als auch dynamische Systeme mit maßgeschneiderten Techniken untersucht. Im Falle der Materialien wurde die Verteilung von Flüssigkeit in einem porösen Netzwerk von Metal-Organic-Framework (MOF) Kristallen sowie Monolithreaktoren visualisiert. In beiden Materialien ist die Homogenität dieser Verteilung wichtig für einen effizienten Einsatz. Dazu wurde der Einfluss verschiedener Parameter wie Beladung und Additiven auf die Homogenität mit MRI untersucht. Bietet die Spindichte keinen ausreichenden Kontrast, so können andere Parameter wie Relaxationsraten verwendet werden. In diesem Kontext wurde mit Relaxationsagenzien, die sensitiv auf eine Gas-Flüssig-Reaktion sind, eine Reaktion im Schweif einer steigenden Blase visualisiert. Außerdem wurde eine Bildgebungssequenz zur schnellen Aufnahme chemischer Verschiebungen implementiert und Temperaturgradienten beim Heizen einer Probe gemessen. Die Bewegungsempfindlichkeit von Kernspinresonanztechniken ermöglicht die Untersuchung von Strömungstransport. Der Einfluss von Mikrostrukturen auf diesen und die Interaktionen der Flüssigkeit mit der Wand wurden in einen mikrofluidischen Reaktor analysiert. Zu diesem Zweck wurde eine dreidimensionale Pulssequenz entwickelt, welche die Berechnung komplexer Parameter wie der Scherrate ermöglicht. Des Weiteren wurde die Dynamik in aktiven elektrochemischen Zellen, die sich in einem Magnetfeld befinden, untersucht. Der auftretende Fluss wird durch die Lorentzkraft verursacht und ist hochdynamisch. Der Einfluss von Konzentration, Stromstärke und Elektrodenmaterial auf diesen wurde evaluiert.

Einrichtungen

• Fachgruppe Chemie [150000]
• Lehrstuhl für Makromolekulare Chemie [154810]