Pure and binary adsorption of CO2, H2, and N2 on activated carbon

A new developing field of application for pressure swing adsorption (PSA) processes is the capture of CO2 to mitigate climate change, especially the separation of CO2 and H2 in a pre-combustion context. In this process scheme the conditions of the feed to the separation step, namely a pressure of 3.5 to 4.5MPa and a CO2 fraction of around 40% are favorable for an adsorption based separation process and make PSA a promising technology. Among the commercial adsorbent materials, activated carbon is most suitable for this application. To evaluate the potential, to benchmark new materials, and for process development a sound basis of the activated carbon thermodynamic data is required, namely equilibrium adsorption isotherms of the relevant pure components and mixtures, Henry's constants and isosteric heats. In this work pure adsorption equilibria of CO2, H2 and N2 on commercial activated carbon (AP3-60 from Chemviron, Germany) are measured using a Rubotherm Magnetic Suspension Balance (MSB) (Bochum, Germany) in a wide temperature and pressure range. The data is used to fit the temperature dependent parameters of Langmuir and Sips (Langmuir-Freundlich) isotherms and to determine the Henry's constants as well as isosteric heats. Based on this evaluation different methods to evaluate the data are compared and discussed. With the pure isotherm parameters of the Sips isotherm binary adsorption is predicted using an empirical binary Sips equation and ideal adsorbed solution theory (IAST). The results are compared to binary measurements in the same MSB applying a gravimetric-chromatographic metho

Fixed bed adsorption of CO2/H2 mixtures on activated carbon: experiments and modeling

We present breakthrough experiments in a fixed bed adsorber packed with commercial activated carbon involving feed mixtures of carbon dioxide and hydrogen of different compositions. The experiments are carried out at four different temperatures (25°C, 45°C, 65°C and 100°C) and seven different pressures (1bar, 5bar, 10bar, 15bar, 20bar, 25bar and 35bar). The interpretation of the experimental data is done by describing the adsorption process with a detailed one-dimensional model consisting of mass and heat balances and several constitutive equations, such as an adsorption isotherm and an equation of state. The dynamic model parameters, i.e. mass and heat transfer, are fitted to one single experiment (reference experiment) and the model is then further validated by predicting the remaining experiments. Furthermore, the choice of the isotherm model is discussed. The assessment of the model accuracy is carried out by comparing simulation results and experimental data, and by discussing key features and critical aspects of the model. This study is valuable per se and a necessary step toward the design, development and optimization of a pressure swing adsorption process for the separation of CO2 and H2 for example in the context of a pre-combustion CO2 capture process, such as the integrated gasification combined cycle technolog

Untersuchungen zur Assoziation von Polymorphismen in regulatorischen Elementen der Lipoproteinlipase und des Apolipoprotein E mit KHK und Triglyzerid-Stoffwechsel

Durch Atherosklerose bedingte Kardiovaskuläre Erkrankungen sind die Haupttodesursache in der westlichen Welt. Neben der familiären Disposition, dem Geschlecht und dem Lebensalter gibt es zahlreiche beeinflussbare Risikofaktoren für diese Erkrankungen. Zusätzlich zum Nikotin-Konsum, der arteriellen Hypertonie und dem Diabetes mellitus Typ II spielen dabei vor allem die Lipidparameter wie der Cholesterin- und der Triglyzerid-Spiegel eine entscheidende Rolle. Ziel dieser Arbeit war es, genregulatorische Elemente der Lipoproteinlipase und des Apolipoprotein E, die beide eine entscheidende Rolle bei der Hydrolyse von Triglyzeriden spielen, auf Mutationen zu untersuchen, die die Expression dieser Proteine verändern und somit Einfluss auf den Triglyzerid-Spiegel ausüben. Apolipoprotein E vermittelt die Bindung von Triglyzerid-reichen Lipoproteinen an den VLDL-Rezeptor, die Lipoproteinlipase senkt durch Hydrolyse von Triglyzeriden den Triglyzerid-Spiegel im Blut und erhöht gleichzeitig durch Unterstützung der Übertragung von diversen Lipiden den HDL-Cholesterin-Spiegel. Beide Effekte sind verantwortlich für die insgesamt eher atheroprotektive Wirkung der Lipoproteinlipase im Gefäßbett. In atherosklerotischen Plaques dagegen entwickelt die LPL atherogene Wirkung, durch Erhöhung der RLP-Konzentration werden die Endothel-Eigenschaften verändert und LDL- und VLDL-Partikel werden in der subendothelialen Matrix der Plaques zurückgehalten, wo sie entscheidend zur Entwicklung der Atherosklerose beitragen. Die Expression der LPL wird durch ihren Promotor gesteuert, die Expression des Apolipoprotein E in der Leber wird durch die Hepatic Control Regions (HCR) 1 und 2 kontrolliert, in reifen Makrophagen und Adipozyten durch die Multienhancer (ME) 1 und 2. Wir untersuchten diese Sequenzen in der DNA von 264 Patienten mit einem BMI < 25 kg/m2 des Kollektivs der Marburger KHK-Präventions-Allianz, 134 Patienten hatten erhöhte Triglyzeride (> 150 mg/dl), 130 hatten normale Triglyzeride (< 150 mg/dl). Die Sequenzen wurden zunächst durch eine PCR amplifiziert und anschließend in der DGGE auf Mutationen gescreent, auffällige Proben sowie unauffällige Proben als Kontrolle wurden sequenziert. Aus den Daten der Marburger KHK-Präventions-Allianz entnahmen wir die Lipidprofile, den BMI sowie den Koronarstatus und einige weitere Risikofaktoren der Patienten und werteten sie statistisch auf Unterschiede zwischen Mutations- und Wildtyp-Allelträgern aus. In den regulatorischen Elementen des Apolipoprotein E konnten wir keine Mutationen nachweisen, diese Sequenzen scheinen stark konserviert zu sein, auch in der Literatur werden keine funktionell relevanten SNPs beschrieben. Im Promotor der LPL fanden wir 2 bereits in der Literatur vorbeschriebene SNPs, -93T/G und -95G/T. -95G/T hatte in der Literatur bei In-vitro-Untersuchungen keine Auswirkungen auf die Aktivität des LPL-Promotors, über die Auswirkungen in-vivo gibt es keine Berichte. Bei unseren insgesamt 6 Patienten, die diesen SNP vorwiesen, war das Allel -95T assoziiert mit erniedrigten Triglyzeriden und einem leicht erhöhten HDL-Cholesterin (n.s.), beides Hinweise auf eine erhöhte Promotor-Aktivität, kein Unterschied konnte beobachtete werden bezüglich der KHK-Prävalenz. Über -93T/G gibt es in der Literatur widersprüchliche Aussagen, sowohl eine erhöhte als auch eine erniedrigte Promotor-Aktivität sind beschrieben. In unserem Kollektiv konnten wir diesen SNP 8 mal nachweisen, 6x bei Patienten mit Triglyzeriden > 150 mg/dl, 2 mal bei Patienten mit Triglyzeriden < 150 mg/dl. Tendenziell haben unsere Patienten mit -93G-Allel erhöhte Triglyzeride, so wie es auch in einigen Studien beschrieben wurde, das erhöhte KHK-Risiko sowie das erniedrigte HDL-Cholesterin konnten wir bei unseren Patienten nicht nachweisen, genauso wenig wie eine Prädisposition für einen höheren BMI. Obwohl in den letzten Jahren intensiv über die Bedeutung des Apolipoprotein E und der Lipoproteinlipase für den Triglyzerid-Stoffwechsel und das KHK-Risiko geforscht wurde, bleiben immer noch viele Fragen offen, die es in weiteren Studien und Funktionsuntersuchungen zu klären gilt

MCM-41, MOF and UiO-67/MCM-41 adsorbents for pre-combustion CO2 capture by PSA: adsorption equilibria

Three different adsorbent materials, which are promising for pre-combustion CO2 capture by a PSA (Pressure Swing Adsorption) process, are synthesized, pelletized and characterized. These materials are USO-2-Ni metal organic framework (MOF), mesoporous silica MCM-41 and a mixed material consisting of UiO-67 MOF bound with MCM-41. On these materials, equilibrium adsorption isotherms of CO2 and H2 are measured at different temperatures (25-140°C) in a wide pressure range (up to 15MPa). From the experimental data the parameters of different isotherm equations (Langmuir, Sips and Quadratic) are determined, together with the isosteric heats of adsorption. Binary adsorption of CO2/H2 mixtures on USO-2-Ni MOF is additionally measured and compared to predicted values using IAST (Ideal Adsorbed Solution Theory) showing a good agreement. The potential of the materials for the application of interest is evaluated by looking at their cyclic working capacity and compared to those of a commercial activated carbon. From this evaluation especially the USO-2-Ni MOF adsorbent looks promising compared to the commercial activated carbon. For the other two materials a smaller improvement, which is limited to lower temperatures, is expecte

Prediction of non-isothermal ternary gas-phase breakthrough experiments based on binary data

The results of breakthrough experiments in an adsorption column packed with commercial activated carbon for three binary CO2/N2 mixtures as well as for two ternary CO2/N2/H2 mixtures are presented. The experiments were carried out at two different temperatures (25 and 45°C), four different pressures (1, 5, 10 and 20bar) and three different flow rates. To analyze the experiments, the breakthrough profiles are simulated using a one-dimensional model consisting of material and energy balances together with the necessary constitutive equations. Transport parameters such as the heat and mass transfer coefficients are fitted to the results from the experiments with the binary mixtures (CO2/N2) and then compared to parameters obtained in a previous work (Adsorption 18: 143-161, 2012) for binary CO2/H2 mixtures. Furthermore, the parameters obtained for binary mixtures are used to predict the outcome of breakthrough experiments with ternary CO2/N2/H2 mixtures. These simulations are then tested by experiments, showing that their prediction capability is rather satisfactory for a large range of experimental conditions

Complex interactions of cellular players in chronic Graft-versus-Host Disease

Chronic Graft-versus-Host Disease is a life-threatening inflammatory condition that affects many patients after allogeneic hematopoietic stem cell transplantation. Although we have made substantial progress in understanding disease pathogenesis and the role of specific immune cell subsets, treatment options are still limited. To date, we lack a global understanding of the interplay between the different cellular players involved, in the affected tissues and at different stages of disease development and progression. In this review we summarize our current knowledge on pathogenic and protective mechanisms elicited by the major involved immune subsets, being T cells, B cells, NK cells and antigen presenting cells, as well as the microbiome, with a special focus on intercellular communication of these cell types via extracellular vesicles as up-and-coming fields in chronic Graft-versus-Host Disease research. Lastly, we discuss the importance of understanding systemic and local aberrant cell communication during disease for defining better biomarkers and therapeutic targets, eventually enabling the design of personalized treatment schemes

The Quantitative Methods Boot Camp:Teaching Quantitative Thinking and Computing Skills to Graduate Students in the Life Sciences

<div><p>The past decade has seen a rapid increase in the ability of biologists to collect large amounts of data. It is therefore vital that research biologists acquire the necessary skills during their training to visualize, analyze, and interpret such data. To begin to meet this need, we have developed a “boot camp” in quantitative methods for biology graduate students at Harvard Medical School. The goal of this short, intensive course is to enable students to use computational tools to visualize and analyze data, to strengthen their computational thinking skills, and to simulate and thus extend their intuition about the behavior of complex biological systems. The boot camp teaches basic programming using biological examples from statistics, image processing, and data analysis. This integrative approach to teaching programming and quantitative reasoning motivates students’ engagement by demonstrating the relevance of these skills to their work in life science laboratories. Students also have the opportunity to analyze their own data or explore a topic of interest in more detail. The class is taught with a mixture of short lectures, Socratic discussion, and in-class exercises. Students spend approximately 40% of their class time working through both short and long problems. A high instructor-to-student ratio allows students to get assistance or additional challenges when needed, thus enhancing the experience for students at all levels of mastery. Data collected from end-of-course surveys from the last five offerings of the course (between 2012 and 2014) show that students report high learning gains and feel that the course prepares them for solving quantitative and computational problems they will encounter in their research. We outline our course here which, together with the course materials freely available online under a Creative Commons License, should help to facilitate similar efforts by others.</p></div

Pre-combustion CO2 capture for IGCC plants by an adsorption process

A promising approach to provide in the near future electricity from fossil fuels, for the worldwide increasing energy requirements with near-zero CO2 emissions is the IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle) technology with pre-combustion CO2 capture. One important aspect within this technology is the development of advanced processes for the capture of CO2, i.e. its separation from hydrogen, with improved efficiency to decrease the energy consumption in this step. In our laboratory, the CO2/H2 separation by a pressure swing adsorption process is investigated, including both the experimental characterization of suitable commercial and new adsorbents as well as the development, design and optimization of a proper process concept including the required purification steps by a process simulation.ISSN:1876-610

Untersuchungen zur Assoziation von Polymorphismen in regulatorischen Elementen der Lipoproteinlipase und des Apolipoprotein E mit KHK und Triglyzerid-Stoffwechsel

Durch Atherosklerose bedingte Kardiovaskuläre Erkrankungen sind die Haupttodesursache in der westlichen Welt. Neben der familiären Disposition, dem Geschlecht und dem Lebensalter gibt es zahlreiche beeinflussbare Risikofaktoren für diese Erkrankungen. Zusätzlich zum Nikotin-Konsum, der arteriellen Hypertonie und dem Diabetes mellitus Typ II spielen dabei vor allem die Lipidparameter wie der Cholesterin- und der Triglyzerid-Spiegel eine entscheidende Rolle. Ziel dieser Arbeit war es, genregulatorische Elemente der Lipoproteinlipase und des Apolipoprotein E, die beide eine entscheidende Rolle bei der Hydrolyse von Triglyzeriden spielen, auf Mutationen zu untersuchen, die die Expression dieser Proteine verändern und somit Einfluss auf den Triglyzerid-Spiegel ausüben. Apolipoprotein E vermittelt die Bindung von Triglyzerid-reichen Lipoproteinen an den VLDL-Rezeptor, die Lipoproteinlipase senkt durch Hydrolyse von Triglyzeriden den Triglyzerid-Spiegel im Blut und erhöht gleichzeitig durch Unterstützung der Übertragung von diversen Lipiden den HDL-Cholesterin-Spiegel. Beide Effekte sind verantwortlich für die insgesamt eher atheroprotektive Wirkung der Lipoproteinlipase im Gefäßbett. In atherosklerotischen Plaques dagegen entwickelt die LPL atherogene Wirkung, durch Erhöhung der RLP-Konzentration werden die Endothel-Eigenschaften verändert und LDL- und VLDL-Partikel werden in der subendothelialen Matrix der Plaques zurückgehalten, wo sie entscheidend zur Entwicklung der Atherosklerose beitragen. Die Expression der LPL wird durch ihren Promotor gesteuert, die Expression des Apolipoprotein E in der Leber wird durch die Hepatic Control Regions (HCR) 1 und 2 kontrolliert, in reifen Makrophagen und Adipozyten durch die Multienhancer (ME) 1 und 2. Wir untersuchten diese Sequenzen in der DNA von 264 Patienten mit einem BMI &amp;amp;lt; 25 kg/m2 des Kollektivs der Marburger KHK-Präventions-Allianz, 134 Patienten hatten erhöhte Triglyzeride (&amp;amp;gt; 150 mg/dl), 130 hatten normale Triglyzeride (&amp;amp;lt; 150 mg/dl). Die Sequenzen wurden zunächst durch eine PCR amplifiziert und anschließend in der DGGE auf Mutationen gescreent, auffällige Proben sowie unauffällige Proben als Kontrolle wurden sequenziert. Aus den Daten der Marburger KHK-Präventions-Allianz entnahmen wir die Lipidprofile, den BMI sowie den Koronarstatus und einige weitere Risikofaktoren der Patienten und werteten sie statistisch auf Unterschiede zwischen Mutations- und Wildtyp-Allelträgern aus. In den regulatorischen Elementen des Apolipoprotein E konnten wir keine Mutationen nachweisen, diese Sequenzen scheinen stark konserviert zu sein, auch in der Literatur werden keine funktionell relevanten SNPs beschrieben. Im Promotor der LPL fanden wir 2 bereits in der Literatur vorbeschriebene SNPs, -93T/G und -95G/T. -95G/T hatte in der Literatur bei In-vitro-Untersuchungen keine Auswirkungen auf die Aktivität des LPL-Promotors, über die Auswirkungen in-vivo gibt es keine Berichte. Bei unseren insgesamt 6 Patienten, die diesen SNP vorwiesen, war das Allel -95T assoziiert mit erniedrigten Triglyzeriden und einem leicht erhöhten HDL-Cholesterin (n.s.), beides Hinweise auf eine erhöhte Promotor-Aktivität, kein Unterschied konnte beobachtete werden bezüglich der KHK-Prävalenz. Über -93T/G gibt es in der Literatur widersprüchliche Aussagen, sowohl eine erhöhte als auch eine erniedrigte Promotor-Aktivität sind beschrieben. In unserem Kollektiv konnten wir diesen SNP 8 mal nachweisen, 6x bei Patienten mit Triglyzeriden &amp;amp;gt; 150 mg/dl, 2 mal bei Patienten mit Triglyzeriden &amp;amp;lt; 150 mg/dl. Tendenziell haben unsere Patienten mit -93G-Allel erhöhte Triglyzeride, so wie es auch in einigen Studien beschrieben wurde, das erhöhte KHK-Risiko sowie das erniedrigte HDL-Cholesterin konnten wir bei unseren Patienten nicht nachweisen, genauso wenig wie eine Prädisposition für einen höheren BMI. Obwohl in den letzten Jahren intensiv über die Bedeutung des Apolipoprotein E und der Lipoproteinlipase für den Triglyzerid-Stoffwechsel und das KHK-Risiko geforscht wurde, bleiben immer noch viele Fragen offen, die es in weiteren Studien und Funktionsuntersuchungen zu klären gilt