Modellierung des Phasenverhaltens in komplexen Tensid- und IL-haltigen Systemen:
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2015
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Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis Ill
Symbolverzeichnis VI
Kurzfassung 1
Abstract 2
1 Einleitung und Zielsetzung 3
2 Grundlagen 5
2 1 Tensid- und IL-haltige Systeme 5
211 Tenside 5
212 Ionische Flüssigkeiten 6
213 Aggregatbildung 8
2131 Binäres Phasenverhalten von nicht ionischem Tensid - Wasser 8
2132 Ternäres Phasenverhalten: Mikroemulsionen 11
2 2 Grundlagen der Gleichgewichtsthermodynamik 14
221 Phasengleichgewichtsbeziehungen 14
222 Thermodynamik von Elektrolyten 17
2 3 Chemische und quantenmechanische Grundlagen 17
231 Konformeranalyse 18
232 Dichtefunktionaltheorie 21
233 Conductor-like-Screening-Model for Realistic Solvation (COSMO-RS) 22
2 4 Mathematische Grundlagen 26
3 Methoden 29
3 1 Übersicht: Modellierung von Aktivitätskoeffizienten mit COSMO-RS 29
3 2 Konformer: Erstellung und Analyse 31
321 Molekularmechanik-Simulationen: HyperChem 31
322 Molekulardynamik-Simulationen: gromacs 32
323 Analyse des Konformerraums 37
3 3 DFT-Optimierung 40
III
Inhaltsverzeichnis
3 4 Berechnung von Phasengleichgewichten 40
341 Behandlung von Elektrolyten in Gleichgewichten 40
342 Verteilungsgleichgewichte 41
343 LLE 44
344 Mikroemulsionen 45
345 SLE 47
346 Betrachtung der Abweichungen zwischen Vorhersage und Experiment 49
4 Konformereinfluss auf die COSMO-RS-Berechnung 51
4 1 Medieneinfluss auf die Konformation 52
411 Ethoxylierte Alkohole 52
412 TritonX-100 / SDS / DTAB 56
4 2 Konformereinfluss bei der KMW-Berechnung 61
421 Konformerauswahl MD: Konformersets 61
422 Konformerauswahl MD: Einzelkonformere 63
4221 Konformerauswahl: TX100 64
4222 Konformerauswahl: SDS und DTAB 66
4223 Auftrittswahrscheinlichkeit der Ergebnisse 67
4224 Qualität der Vorhersage: Vergleich TritonX-100 / SDS / DTAB 69
4225 Konformerauswahl nach dem o-Profil am Beispiel TritonX-100 70
4226 Zusammenfassung der Ergebnisse aus der MD-Konformerstudie 73
423 Konformerauswahl HC 73
4 3 Konformereinfluss bei der KAW-Berechnung 78
4 4 Konformereinfluss bei der Kow-Berechnung 83
4 5 Zusammenfassung 86
5 Modellierung von Verteilungsgleichgewichten und Phasengleichgewichten 89
5 1 Verteilungsgleichgewichte in komplexen Systemen 89
511 Einfluss von DFT-Parametern auf die COSMO-RS-Vorhersage am Beispiel von
Verteilungskoeffizienten von Katalysatoren 89
512 Verteilungsgleichgewichte in IL-haltigen Systemen 90
IV
Inhaltsverzeichnis
5121 Solute Verteilung in IL/Solvent-Systemen 91
5122 IL-Verteilung in Öl-Wasser-Systemen 94
5 2 Phasenverhalten in mikroemulsionsbildenden Systemen 97
521 Alkan / Wasser / CiErSysteme: homologe Tensid- und Alkanreihen 97
522 Systeme mit kurzkettigen Tensiden C^E, 99
523 Mikroemulsionen in IL-haltigen Dreikomponentensystemen 102
5 3 Flüssig-Flüssig-Phasengleichgewichte (LLE) 103
531 Binäre Mischungslücke C10E4 - Wasser 103
532 Binäre Mischungslücken in IL-haltigen Systemen 104
5321 IL-Wasser-Systeme 105
5322 IL - Alkan-Systeme 106
5323 IL - Benzol-Systeme 108
5324 IL - Keton-Systeme 109
5325 IL-Alkohol-Systeme 109
5326 Einfluss der COSMO-RS-Parametrierung: IL / Lösungsmittelsysteme 113
5327 Mizellbildung im IL-haltigen System: [BMIM][BF4] / Wasser 115
5328 Zusammenfassung der Ergebnisse für binäre IL-haltige Systeme 116
5 4 SLEs in binären IL-haltigen Systemen 117
541 IL-Wasser-Systeme 118
542 [BMIM][CI] - Alkohol-Systeme 120
5 5 Zusammenfassung 121
6 Fazit und Ausblick 123
7 Literaturverzeichnis 125
8 Anhang 141
8 1 Anhang zu Kapitel 3 Methoden 141
8 2 Anhang zu Kapitel 4 Konformereinfluss auf die COSMO-RS-Berechnung 145
8 3 Anhang zu Kapitel 5 Modellierung von Verteilungsgleichgewichten und
Phasengleichgewichten 150
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