Hintergrund:
Die Wasserstoffperoxid (H2O2)-Synthese ist ein bedeutender Prozess in der chemischen Industrie, da es sich bei H2O2 um eine vielseitig und umweltfreundlich einsetzbare Basischemikalie handelt. Es findet Anwendungen als Oxidationsmittel in der chemischen Industrie, als Bleichmittel, in der Halbleiter-Industrie oder auch als Raketenreibstoff.  Das konventionelle Verfahren der H2O2 Synthese ist das stark zentralisierte Anthrachinon-Verfahren. Mittels der H2O2-Direktsynthese kann jedoch dezentralisiert und in-situ H2O2 hergestellt werden für eine direkte Vorort-Anwendung. Dabei ist die Kopplung dieses Prozesses mit enzymatischen Katalysatoren, wie der unspezifischen Peroxygenase (AaeUPO) oder Vanadium-abhängigen Chloroperoxidasen, (VCPO) eine vielversprechende Möglichkeiten für die selektive und nachhaltige Herstellung von chemischen Verbindungen. Das Verständnis der kinetischen Mechanismen und die Modellierung dieser gekoppelten Prozesse sind entscheidend für die Optimierung und industrielle Anwendung.

Ziel der Arbeit:
Das Ziel dieser Masterarbeit ist die Entwicklung und Validierung eines kinetischen Modells für die H2O2-Direktsynthese in Kombination mit den Enzymen AaeUPO oder Vanadium-abhängigen Chloroperoxidasen. Dabei sollen die Einflüsse verschiedener Prozessparameter und Substrate auf die Reaktionskinetik untersucht und optimierte Bedingungen für die Tandemkatalyse identifiziert werden.

Aufgaben:
1.    Experimentelle Arbeiten:
o    Durchführung von Enzymreaktionen unter verschiedenen Bedingungen und mit verschiedenen Substraten.
o    Untersuchung der Kopplung der H2O2-Direktsynthese mit den enzymatischen Reaktionen und Bestimmung der relevanten kinetischen Daten.

2.    Modellierung:
o    Zurückgreifen auf kinetischen Modellen für die H2O2-Direktsynthese aus der Literatur
o    Erarbeitung eines kinetischen Modells für die enzymatischen Reaktionen (Michaelis Menten)
o    Implementierung und Simulation des Modells mithilfe geeigneter Software in Matlab
o    Validierung des Modells anhand der experimentellen Daten und Anpassung der Modellparameter.

Gruppe Flüssige und disperse Systeme (LIQ)
Stellenart: Bachelorarbeit/ Masterarbeit
Eintrittstermin: September oder Oktober 2024
Kontaktperson: Peters, Till; till.peters@kit.edu; + 49 721 608-26716