Entwicklung, Implementierung und Evaluation von mikroreaktionstechnischen Experimenten

Zimmermann, Johannes

Ziel der vorliegenden Arbeit war es mikroreaktionstechnische Experimente für die universitäre Ausbildung von Chemiestudierenden im Fach Technische Chemie zu entwickeln, zu implementieren und zu evaluieren. Durch die Veränderung der spezifischen Ausbildungssituation am Institut für Technische Chemie und Umweltchemie der FSU Jena sollen Studierende der Chemie frühzeitig mit Grundlagenfeldern der Mikroreaktionstechnik vertraut gemacht, Potentiale der Mikroreaktionstechnik aufgezeigt sowie das Interesse für Mikroreaktionstechnik gefördert und nachhaltig entwickelt werden. Die erweiterte Zielstellung bestand darin, einen Beitrag zum Abbau der Kluft zwischen der derzeitig herrschenden Markt- und Arbeitsplatzsituation im Mikroreaktionstechnik-Sektor und der Verfügbarkeit qualifizierter Fachkräfte in diesem Bereich zu leisten. Hierfür wurden zwei mikroreaktionstechnische Experimente entwickelt, implementiert und evaluiert, die sich mit grundlegenden Bereichen der Mikroreaktionstechnik (physiko-chemische Charakterisierung von T-förmigen Mikroreaktoren, Synthese in Mikroreaktoren) befassen. In Experiment 1 werden T-förmige Mikromischer hinsichtlich des Mischverhaltens, des Energieeintrags, des Mischzeitverhaltens und der Mischeffizienz untersucht und ein optisches online-Auswertungsverfahren mittels eines videogekoppelten Mikroskops durchgeführt. In Experiment 2 wird eine hydrophile imidazoliumbasierte Ionische Flüssigkeit (1,3-Dibutylimidazoliumacetat) kontinuierlich bei unterschiedlichen Flussraten mittels der modifizierten Radziszewski-Reaktion (Direktsynthese) synthetisiert und Potentiale mikroreaktionstechnischer Verfahren bezüglich Prozessintensivierung bei Überführung aus diskontinuierlichen Verfahren aufgezeigt. Des Weiteren konnte im Zuge der Entwicklungsarbeit für Experiment 2 ein mikroreaktionstechnisches Verfahren zur kostengünstigen Herstellung hydrophiler homosubstituierter imidazoliumbasierter Ionischer Flüssigkeiten mittels der modifizierten Radziszewski-Reaktion etabliert werden. Die Evaluation von Experiment 1 mit 121 Studierenden zeigte, dass Mikroreaktionstechnik für die Studierenden ein weitgehend unbekanntes Gebiet darstellt, welches allerdings durch den Innovationscharakter der Technologie (z.B. die Miniaturisierung der Reaktoren, Herausforderungen der Aktorik und Sensorik) die Neugier der Studierenden wecken kann. In der pre-post-follow-up-Evaluation von Experiment 1 zeigte sich weiterhin, dass die Studierenden die Entwicklung spezifischer Kompetenzelemente nach Abschluss des Versuchs als „ziemlich gut“ bewerteten und Zufriedenheit über die vorgefundene Lernumgebung äußerten (hohe Ausprägung des Bewertungsindex). Des Weiteren gelang es durch die Versuchsabsolvierung das Interesse für Mikroreaktionstechnik unter den Studierenden signifikant zu erhöhen. Allerdings fiel das Interesse acht Wochen nach Versuchsbeendigung wieder auf den initial vorliegenden ziemlich bis mittelmäßig ausgeprägten Interessenswert zurück. Um das initial vorliegende situational begründete Interesse zukünftig in individuelles Interesse und eine positive Perspektive für die weiterführende Beschäftigung mit der mikroreaktionstechnischen Thematik zu wandeln, ist die Integration beider Praktikumsversuche in die studentische Ausbildung erforderlich. Hierzu wird die Verflechtung beider Versuche in das Grund- (Experiment 1) sowie Vertiefungsfach (Experiment 2) im Bereich Technische Chemie vorgeschlagen.

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Zimmermann, Johannes: Entwicklung, Implementierung und Evaluation von mikroreaktionstechnischen Experimenten. 2012.

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