ERWEITERUNG DES FORSCHUNGSHORIZONTS IN DER MATERIALWISSENSCHAFT: WIE DIE UNIVERSITÄT MESSINA DEN EMA 502 CHNS/O ELEMENTARANALYSATOR EINSETZT

29.10.2024

In der modernen Forschung kann der Zugang zu fortschrittlichen Instrumenten den Erfolg von Projekten bestimmen und neue Wege für Entdeckungen eröffnen. Erfahren Sie, wie der Fachbereich Ingenieurwesen der Universität Messina seine Forschungskapazitäten mit dem EMA 502 von VELP umgestaltet hat. Es ermöglicht die interne CHNS/O-Analyse für materialwissenschaftliche Innovationen, einschließlich der Entwicklung von Sensoren, Studien zu landwirtschaftlichen Abfällen und Biomasse, Hydrochar-Analyse und Berechnung des unteren Heizwerts.

Der Fachbereich Ingenieurwesen der Universität Messina ist ein multidisziplinäres Zentrum, das Bereiche wie Wirtschaftsingenieurwesen, Computerelektronik und Bauingenieurwesen abdeckt. Ein wichtiger Teil der Forschung umfasst die chemische Analyse organischer Materialien, insbesondere in Projekten, die sich auf die materialwissenschaftliche Forschung für die Entwicklung von Sensoren, die Aufwertung von landwirtschaftlichen Abfällen und die Untersuchung von Biomasse konzentrieren.

Ein wichtiger Forschungsbereich der Universität Messina ist die Umwandlung von Abfallstoffenwie Orangenschalen, Rückständen aus der Bierproduktion und Algen in Hydrochar, ein kohlenstoffreiches Material mit einer Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten. Die Universität verwendet ein innovatives Pyrolyseverfahren, das als hydrothermale Karbonisierung bekannt ist und die natürliche Bildung fossiler Brennstoffe simuliert, indem Biomasse bei viel niedrigeren Temperaturen (200-300 °C) verkohlt wird als bei der herkömmlichen Pyrolyse (die bis zu 1200 °C erreichen kann). Dieser Prozess ist besonders vorteilhaft, weil die Forscher mit feuchter Biomasse arbeiten können, wodurch der energieintensive Schritt der Entwässerung entfällt , der bei herkömmlichen Methoden erforderlich ist.

ERWEITERUNG DES FORSCHUNGSHORIZONTS IN DER MATERIALWISSENSCHAFT: WIE DIE UNIVERSITÄT MESSINA DEN EMA 502 CHNS/O ELEMENTARANALYSATOR EINSETZT

Das Forschungsteam der Universität Messina hat sich auf zwei Hauptresultate dieses Prozesses konzentriert: eine feste Phase und eine flüssige Phase, die reich an organischen Verbindungen ist. Feste Hydrokohle hat sich als äußerst vielseitig erwiesen und kann als Aktivkohle zur Absorption von Schadstoffen, z. B. zur Entfernung von Farbstoffen und Stickstoffverbindungen aus Abwässern, sowie in der Landwirtschaft als nachhaltiger, kohlenstoffbasierter Dünger eingesetzt werden, der die Bodenqualität verbessern und gleichzeitig den Abfall reduzieren könnte.

Gleichzeitig wird die flüssige Phase auf ihr Potenzial als Biokraftstoff oder zur Gewinnung wertvoller organischer Verbindungen für die Kosmetik- und Pharmaindustrie untersucht. Die Forschungsarbeiten der Universität Messina zeigen auch, dass dieses flüssige Nebenprodukt das Wachstum von Pflanzen verbessern kann, wie ihre Versuche mit Bohnenpflanzen zeigen, die im Vergleich zu unbehandelten Pflanzen bessere Wachstumsraten aufwiesen.

Mit dieser Forschung treibt die Universität Messina nicht nur nachhaltige Technologien zur Verwertung von Abfällen voran, sondern trägt auch zu einem breiteren wissenschaftlichen Verständnis von Kohlenstoff-Nanomaterialien bei. Ihre Arbeit an Hydrochar hat zur Entwicklung fortschrittlicher Sensoren zum Nachweis wichtiger chemischer Verbindungen wie Dopamin und Stickoxide (NOx) geführt, die im Gesundheitswesen und bei der Umweltüberwachung Anwendung finden. Durch die Integration dieser Nanomaterialien in Sensortechnologien ebnen sie den Weg für effizientere und umweltfreundlichere Lösungen in verschiedenen Branchen.

Überwindung von Verzögerungen bei der Probenanalyse für bessere Forschungsergebnisse

Eine große Herausforderung für die Abteilung war die Abhängigkeit von externen Labors für CHNS-Daten. Die Auslagerung der Elementaranalyse war nicht nur teuer, sondern verlangsamte auch den Forschungsprozess. Die Bearbeitungszeit für die Daten brachte die Projektzeitpläne oft durcheinander, was die Einhaltung der Konsistenz erschwerte.

Außerdem schwankten die Ergebnisse der externen Labors manchmal, was zu Diskrepanzen führte , die die allgemeine Zuverlässigkeit der Ergebnisse der Abteilung beeinträchtigten. Dieser Mangel an Kontrolle über einen wichtigen Teil ihrer Forschung behinderte die Forscher in ihrer Fähigkeit, schnelle Experimente durchzuführen und anschließend zu veröffentlichen.

Darüber hinaus fehlten der Abteilung ohne eigene Kapazitäten für die CHNS/O-Analyse die notwendigen Instrumente, um ihren wachsenden Forschungsbedarf in neuen Bereichen wie der Hydrochar-Analyse und der Entwicklung von kohlenstoffbasierten Materialien für die Sensortechnologie zu decken.

„Die Möglichkeit, eigene CHNS/O-Analysen durchzuführen, ist für unsere Arbeit von entscheidender Bedeutung“, so Claudia Espro, Associate Professor , und Viviana Bressi, Postdoctoral Researcher. „Angesichts der Herausforderung, für die Elementaranalyse auf externe Labors angewiesen zu sein, wandte sich unsere Abteilung an den CHNS/O-Analysator EMA 502 von VELP, der ihr Forschungspotenzial durch die Möglichkeit der Quantifizierung von Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Schwefel und Sauerstoff in organischen Verbindungen erheblich erweitert .

Erweiterung der analytischen Möglichkeiten durch eigene CHNS/O-Analyse

Um den Forschungsprozess zu rationalisieren, entschied sich die Universität Messina für den VELP EMA 502 CHNS/O Elemental Analyzer. Dieses vielseitige Gerät ist die ideale Lösung für die Bedürfnisse des Fachbereichs und ermöglicht die interne CHNS/O-Analyse mit hoher Präzision und Genauigkeit.

In diesem Zusammenhang ermöglicht der VELP EMA 502 dem Forschungsteam die Durchführung von Elementaranalysen sowohl der festen als auch der flüssigen Ergebnisse des Karbonisierungsprozesses. Der Analysator liefert beispielsweise detaillierte Messungen des Kohlenstoffs und Wasserstoffs in der Hydrokohle, die für die Bewertung ihres Brennwerts unerlässlich sind. Gleichzeitig lässt sich durch die Bestimmung des Stickstoffgehalts die Eignung als Düngemittel oder Biokraftstoff beurteilen. Anhand des Stickstoffgehalts lässt sich nämlich das Potenzial der Hydrokohle als Bodenverbesserer bestimmen, während das Vorhandensein organischer Verbindungen in der flüssigen Phase auf Anwendungen in der Energieerzeugung und Katalyse schließen lässt.

Die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit des Analysegeräts waren für die Abteilung von entscheidender Bedeutung:

Die Forscher müssen sich keine Sorgen mehr über lange Vorlaufzeiten für Ergebnisse und Dateninkonsistenz aufgrund von Outsourcing machen, da das EMA 502 schnelle und zuverlässige Ergebnisse im eigenen Haus liefert.
Die benutzerfreundliche Oberfläche der Software ermöglichte eine nahtlose Integration in die Forschungsabläufe.
Die Möglichkeit, unbeaufsichtigte Läufe durchzuführen und die Ergebnisse digital zu speichern, ermöglichte es der Universität außerdem, die Zusammenarbeit zwischen den Teams und zwischen verschiedenen Projekten zu verbessern.
Dank der VELP Ermes Cloud Platform kann der Fachbereich Ingenieurwissenschaften von der Fernüberwachung und -steuerung sowie von der zeitnahen Unterstützung und Wartung direkt durch den technischen Kundendienst und die Wartungsdienste von VELP profitieren, was eine schnelle Problemlösung und minimale Ausfallzeiten gewährleistet.

„Die Einführung des VELP EMA 502 CHNS/O Elementaranalysators an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Universität Messina bedeutete einen bedeutenden Sprung nach vorn in unseren Forschungsmöglichkeiten. Durch die Umstellung von externen Laboratorien auf eine interne CHNS/O-Analyse konnte die Abteilung langjährige Herausforderungen in Bezug auf Kosten, Zeit und Zuverlässigkeit der Daten überwinden. Die Möglichkeit, Elementaranalysen unabhängig durchzuführen, eröffnete neue Forschungsmöglichkeiten, insbesondere in Spitzenbereichen wie Nanomaterialien und Hydrochar-Studien“.

Professor Claudia Aspro - Außerordentliche Professorin Fachbereich Ingenieurwissenschaften

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Detailliertere Einblicke in ihre Forschung und die Anwendung des EMA 502 bieten die wissenschaftlichen Veröffentlichungen der Universität Messina.

Die Präzision, Zuverlässigkeit und All-in-One-Funktionalität des EMA 502 haben sich als wesentlich für die Steigerung der Qualität und Effizienz der Forschung der Abteilung erwiesen. Diese Fallstudie zeigt, wie wichtig es ist, in fortschrittliche Analysegeräte zu investieren, die es Institutionen ermöglichen, die Kontrolle über ihre Daten zu übernehmen, die Forschungsergebnisse zu verbessern und Innovationen in verschiedenen Disziplinen voranzutreiben.

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