Zinc-Silver, Zinc-Palladium, and Zinc-Gold as Bimetallic Systems for Carbon Tetrachloride Dechlorination in Water

Doping of zinc with silver, palladium, and gold was found to increase reactivity towards carbon tetrachloride in water. Commercial zinc dust, cryochemically prepared zinc metal particles (SMAD nanoparticles), and zinc dust pressed into pellets (mechanically activated zinc) were employed. Reduction products detected were methane, ethylene, acetylene, and other hydrocarbons along with products of partial dechlorination such as chloroform, methylene chloride, and methyl chloride. Dichloroethylenes (DCEs) and long-term reactions traces of trichloroethylene (TCE) were also detected. The use of zinc dust doped with palladium, gold, and silver resulted in 4-10 fold increases in carbon tetrachloride degradation rate and conversion into methane. Up to 30% of carbon tetrachloride was converted into methane by the Zn dust / 2 mol % Ag bimetallic system after the first six hours of reaction. Doping of activated forms of zinc, both cryoparticle and pellets, caused a further increase in methane formation and decrease in the concentration of methylene chloride. The data show that bimetallic enhancement with Pd, Ag, Au, as well as cryo and mechanical activation of zinc, enhances the metal surface reactivity and changes the priority of reaction pathways such that fully reduced products are favored. The “non-catalytic” gold metal was especially effective and this suggests that electron transfer, not catalytic hydrogenation, is rate determining

Stochastic mixed-integer programming for a spare parts inventory management problem

The German Armed Forces provide an operation contingent to support the North Atlantic Treaty Organization (NATO) Response Force (NRF). For this purpose, a „warehouse” containing accommodations, food supplies, medical supplies, and spare parts for the systems has to be available. Such a warehouse is restricted in weight, in order to be quickly movable in an upcoming deployment situation. It should be able to supply the NRF troops for a certain amount of time (e.g., one month) without re-supply from the outside. To ensure optimal use of such a restricted warehouse, we developed the computer program „The OPtimization of a Spare Parts Inventory” (TOPSPIN) to find an optimal mix of spare parts to restore a set of systems to functionality. Each system is composed of several parts, and it can only be used again in the mission if all broken parts are replaced. The failure rate of the individual parts follows a given random distribution, and during deployment it is expected to be higher than in the homeland. Due to the stochastic nature of the problem, we generate scenarios that simulate the actual failure of the parts. The backbone of TOPSPIN is a mixed-integer linear program that determines an optimal, scenario-robust mix of spare parts and is solved using standard state-of-the-art numerical solvers. Using input data provided by the Logistikzentrum, we analyze how many scenarios need to be generated in order to determine reliable solutions. Moreover, we analyze the composition of the warehouse over a variety of different weight restrictions, and we calculate the number of repairable systems as a function of this bound.Die Bundeswehr stellt ein Einsatzkontingent zur Unterstützung der NATO Response Force (NRF) zur Verfügung. Zu diesem Zweck muss ein Lager mit Unterkünften, Lebensmitteln, medizinischer Versorgung und Ersatzteilen für die Systeme vorhanden sein. Ein solches Lager ist gewichtsbeschränkt, um in einer bevorstehenden Einsatzsituation schnell versendbar zu sein. Es sollte in der Lage sein, die NRF-Truppen für eine bestimmte Zeitspanne (z. B. einen Monat) zu versorgen, ohne von außen erneut zu versorgt zu werden. Um eine optimale Nutzung eines solchen eingeschränkten Lagers zu gewährleisten, haben wir das Computerprogramm „The OPtimization of a Spare Parts INventory" (TOPSPIN) entwickelt, um eine optimale Mischung von Ersatzteilen zu finden, mit der die Funktionalität einer Reihe von Systemen wiederhergestellt werden kann. Jedes System besteht aus mehreren Teilen und kann nur dann in der Mission wieder verwendet werden, wenn alle defekten Teile ersetzt wurden. Die Ausfallrate der einzelnen Teile richtet sich nach einer vorgegebenen Zufallsverteilung und wird im Einsatz voraussichtlich höher sein als im Heimatland. Aufgrund der stochastischen Natur des Problems generieren wir Szenarien, die den tatsächlichen Ausfall der Teile simulieren. Das Grundgerüst von TOPSPIN ist ein lineares gemischt-ganzzahliges Programm, das einen optimalen, Szenario-stabilen Ersatzteilmix ermittelt und mit den modernen numerischen Standardverfahren gelöst wird. Anhand der vom Logistikzentrum der Bundeswehr bereitgestellten Eingangsdaten analysieren wir, wie viele Szenarien generiert werden müssen, um verlässliche Lösungen zu ermitteln. Darüber hinaus analysieren wir die Zusammensetzung des Lagers über verschiedene Gewichtsbeschränkungen und berechnen die Anzahl der reparierbaren Systeme in Abhängigkeit von dieser Grenze