Energieverfahrenstechnik

The demand for raw materials such as nickel, cobalt and lithium has risen due to the grow¬ing demand for batteries. In order to meet this high demand, the use of efficient recycling processes is becoming important. Adsorption as a basic process engineering operation is an efficient separation process, since e.g. a high selectivity can be set. In this work, a functionalized silica-based adsorbent for the selective separation of nickel(II) cations in the presence of cobalt(II) cations was identified and characterized with the aim of using it in battery recycling or in the electroplating of components with gold. On the one hand, it was challenging to find selectively binding ligands, as the two target substances have similar physical-chemical properties. On the other hand, acidic pH values and in¬creased temperatures are unfavorable process conditions for adsorptive bonding. In the course of the screening process for the adsorbent, it was identified that despite the initial acidic pH value, the pH value was shifted to the basic environment during adsorption by some of the functionalized adsorbents, so that separation took place by metal hydroxide precipi¬tation instead of adsorption. This was not considered in previous studies in the literature. The control of the pH value in the equilibrium state in discontinuous adsorption experiments was therefore established as the first screening criterion. The adsorbent HSU331, finally favored for the application, enabled the separation of nickel(II) and cobalt(II) by chelate complexation under the given process conditions. The complex nickel(II)/HSU331 always produced higher equilibrium constants in direct compari¬son to cobalt(II)/HSU331. Thus, the energetic effect was exploited as a selectivity mech¬anism. Consequently, high integral selectivities for nickel(II) up to S_(Nickel(II)/L,L) = 0.98 could be quantified. A requirement for the occurrence of selectivity was that the total initial ad¬sorptive amount corresponded approximately to the amount of substance of the binding sites present. The selectivity with respect to nickel(II) (up to S_(Nickel(II)/L,L) = 0.97) remained comparable when the model system nickel(II)/cobalt(II) was extended by lithium(I) or a gold electrolyte solution. Kinetical investigations showed that the equilibrium loadings were reached after 5 to 10 min, so that short residence times can be set for a later con¬tinuous operation of the adsorption. Desorption tests confirmed the difference in equilibrium state between nickel(II)/HSU331 and cobalt(II)/HSU331. Cobalt(II) was already completely desorbed by a diluted nitric acid solution with pH = 1.0, whereas nickel(II) was only desorbed at pH = 0.5.

Die Fähigkeit der fernen Materialerkennung ist eine Grundvoraussetzung zur Automatisierung vieler technischer Prozesse. Heutzutage lösen Verfahren der Künstlichen Intelligenz diese Herausforderung durch Auswertung von Big Data. Moderne Ansätze des Maschinellen Sehens basieren auf tiefen neuronalen Netzen, die mit umfangreichen visuellen (VIS) Datenbanken hinterlegt sind. Zur Anwendung innerhalb technischer Anwendungen bedarf es bei datengetriebenen Lösungen einer besonders kritischen Analyse. In dem hier vorliegenden, gesundheitsrelevanten Kontext der automatisierten Desinfektion, sollten die Daten eine realitätsnahe Basis zur Lösungsfindung darstellen und Einflussfaktoren wie variierende Lichtverhältnisse, Bildqualitäten und Aufnahmeentfernungen beinhalten. Die empirische Untersuchung dieser Arbeit basiert auf neuen experimentellen Daten zu den zehn Materialklassen Aluminium, Kupfer, Messing, Holz, Holzimitat, Keramik, Kunststoff, Textilien, Edelstahl und Papier. Unter Berücksichtigung obiger Einflussfaktoren ist die VIS Datenbeschaffenheit von häufigen Ähnlichkeiten bzgl. Farbe und Textur geprägt. Erschwerend unterscheiden sich die Desinfektionseigenschaften, bei gleichzeitiger hoher visueller Ähnlichkeit, zum Teil erheblich. Die Auswertung eines breiteren elektromagnetischen Spektrums ist eine technische Möglichkeit, um robustere praktische Ergebnisse zu erzielen. Dazu wird hier der infrarote (IR) Emissionsgrad als materialspezifische Eigenschaft untersucht. Dabei bleibt, auch mit der diskreten Erweiterung des ausgewerteten Spektrums, der mobile Einsatz mit vergleichsweise preiswerten Kameras möglich. Andererseits ergeben sich prozessseitig, mit der Berücksichtigung des IR Spektralbereiches, zusätzliche Verfahrenseinschränkungen, da thermische Fremdstrahlung ein besonders kritischer Störeinfluss wird. Trotz diesen herausfordernden Randbedingungen zeigt sich bei der Datenauswertung mit Convolutional Neural Networks (CNN) eine gute Unterscheidbarkeit. Bei alleiniger Berücksichtigung der VIS Bilddaten erreicht das Verfahren Genauigkeiten bei der Materialunterscheidung von knapp 86 %. Dabei ist das implementierte CNN ursprünglich zur Unterscheidung von deutlich mehr Klassen ausgelegt und für die vorliegende Anwendung überdimensioniert. Jedoch kann durch gezieltes Entfernen einzelner Modellparameter, mit annähernd gleichbleibender Verfahrensgenauigkeit, die Größe des CNNs um 70 % verringert werden. Mit weiteren Optimierungsansätzen erfolgt die Untersuchung verschiedener Informationsdarstellungen. Dazu zählt einerseits die Optimierung des verwendeten Farbraums und andererseits die Anpassung der fusionierten IR und VIS Daten. Infolge der vorgeschlagenen Sensorfusion verbessert sich, besonders bei schlechten Sichtverhältnissen, die Klassifizierungsgenauigkeit um fast 8 pp, wohingegen unter alltäglichen Bedingungen keine signifikante Verbesserung eintritt. Hier kann das vorgestellte Verfahren selbst visuell ähnliche Materialien, wie Holz und Holzimitate oder Aluminium und Edelstahl, gut unterscheiden. Damit ermöglichen die Ergebnisse, unter widrigen oder alltäglichen Sichtverhältnissen, eine Priorisierung in der Auslegung des Verfahrens zwischen maximaler Effizienz einerseits und Performance andererseits.

Carbon monoxide, hydrogen sulphide, ammonia and cyclohexane as volatile organic compounds pose significant health hazards when inhaled with ambient air. Adsorption is a very effective method of removing these pollutants and is made possible e.g. by means of silica gel which can be adapted to the respective application by functionalisation. This paper describes how a possible adsorption success can be investigated with regard to kinetics, maximum loading and breakthrough behaviour. Therefore, the investigations concern not only single-component adsorption but also multi-component adsorption of the respective target substance in combination with a defined air humidity. By means of targeted functionalizations, major improvements in the separation of substances were achieved for all considered air pollutants. In addition to substantial improvements in the possible maximum load and the kinetics achieved, this also applies to the breakthrough behaviour of the adsorbents. For the example of carbon monoxide with a volume flow of 100 mL/min and an added gas concentration of 10,000 ppmv, a breakthrough concentration of 100 ppmv was reached after 450 s when using the functionalized adsorbent HSU 001 075.2, while the same value was reached after 130 s and thus after only a third of the time when using the unfunctionalized starting material HSU 001-075. Using the example of air loaded with 1 % ammonia water in a volume flow of 300 mL/min, the time until the breakthrough concentration of 290 ppmv was reached could even be delayed more than 30 times from 7 min to 226 min by the targeted combination of two adsorbents. In addition, it is shown that the resistance of the adsorbent to corrosive substances such as hydrogen sulphide can be increased by appropriate functionalisation. Thus, considerable improvements could be achieved in the field of adsorptive material separation, which represent a significant step forward for later application in industry and also for rescue services.

Die Desinfektion potentiell kontaminierter Oberflächen ist in vielen Anwendungsbereichen ein wichtiger Aspekt, beispielsweise um die Qualität von Lebensmitteln zu gewährleisten oder die Übertragung von Infektionen zu verhindern. Automatisierte Desinfektionsprozesse können dabei ergänzend oder alternativ zur manuellen Desinfektion sinnvoll sein, beispielsweise um Fehler bei der Durchführung zu kompensieren oder, bei hochpathogenen Kontaminationen, zum Schutz des Personals beizutragen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit erfolgte die Entwicklung eines auf Peressigsäure (PES) basierenden Desinfektionsmittels für die Anwendung in Aerosoldesinfektionsprozessen. Herausforderungen diesbezüglich sind zum einen die Minimierung der korrosiven Wirkung der PES, um Materialschäden im Anwendungsraum zu vermeiden, und zum anderen die Gewährleistung einer vollumfänglichen, reproduzierbaren Desinfektion von Innenräumen verschiedener Gestalt. Es konnte gezeigt werden, dass durch geeignete Additive eine signifikante Verminderung der Korrosionsphänomene sowie eine Anpassung der Tropfengrößenverteilung des Aerosols hin zu kleineren Tropfen erzielt werden kann. Letzteres ist entscheidend, um eine umfassende Verteilung des Aerosols im Anwendungsraum zu erreichen. Mit dem neuen Desinfektionsmittel erfolgte anschließend die Auslegung des Prozesses, dabei dienten Sporen des Geobacillus stearothermophilus als Testorganismus. Die benötigten Wirkmittelmengen pro Raumvolumen und die jeweiligen Prozesszeiten wurden in Zusammenhang zueinander bestimmt. Weiter konnten wichtige Parameter, die sich aus den Anforderungen des zu dekontaminierenden Raums ergeben, identifiziert werden. Einen deutlichen Einfluss bewirkte zum einen die geometrische Position sowie das Material und die Beschaffenheit der Oberfläche, an der sich die Testorganismen befanden. Konkret untersucht wurden Spaltöffnungen bis zu minimal 2 mm Breite sowie die Desinfektion der Materialien Edelstahl, Aluminium, Kupfer, Messing, Holz, Keramik und PVC. Abschließend erfolgte ein Demonstrationsversuch in einem Testraum von 62 m³ Volumen, der die Eignung des Desinfektionsmittels und des Gesamtprozesses in Räumen anwendungsnaher Dimension nachwies.

Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines automatisierten Messsystems für den Nachweis des Herbizids Glyphosat und seinem Abbauprodukt Aminomethylphosphonsäure (AMPA) in natürlichen Gewässern. Das Messsystem soll in der Lage sein, entweder an Bord eines Forschungsschiffes betrieben oder in eine Messstation integriert zu werden. Dadurch soll es eine Alternative zu den üblicherweise durchgeführten zeit- und arbeitsintensiven Messkampagnen darstellen und eine höhere örtliche und zeitliche Auflösung der Messdaten ermöglichen. Die Arbeit wurde am Helmholtz-Zentrum Geesthacht angefertigt. Nachweisverfahren für Glyphosat und AMPA wurden im Hinblick auf die Anwendbarkeit in einem kompakten und automatisierten Messsystem bewertet. Da die Messung in der komplexen Matrix natürlicher Gewässer erfolgt und die Analyten in einer geringen Konzentration vorliegen, wurde besonderes Augenmerk auf die Empfindlichkeit und Selektivität der Methode gerichtet. Diese Anforderungen erfüllt die Derivatisierung der Analyten mit o-Phthaldialdehyd mit anschließender Fluoreszenzdetektion. Der Aufbau der Messmethode wurde mit Hilfe der sequentiellen Injektionsanalyse (SIA) realisiert, die die Automatisierung von nasschemischen Analyseverfahren ermöglicht und sich durch ihren einfachen Aufbau, die flexible Instrumentation und den geringen Reagenzverbrauch auszeichnet. Um das SIA-System vollständig zu automatisieren, wurde ein kompakter Fluoreszenzdetektor entwickelt, aufgebaut und getestet. Die Eignung des Messgerätes für den automatischen Nachweis von Glyphosat und AMPA in natürlichen Gewässern konnte im on-line-Betrieb in einer Messstation des Hamburger Wassergütemessnetzes gezeigt werden. Aufgrund der geringen Konzentration der Analyten im Elbwasser wurden erhöhte Konzentrationen mit aufgestockten Wasserproben simuliert. Das System kann für die Messung von hohen Konzentrationen von Glyphosat und AMPA, beispielsweise in landwirtschaftlich stark genutzten Regionen, eingesetzt werden. Aufgrund der Nachweisgrenzen von 16 µg?L-1 für Glyphosat und 9 µg?L-1 für AMPA wäre für die Messung von geringeren Konzentrationen allerdings die Einbindung einer Probenvorbereitung, die die Aufkonzentrierung der Analyten beinhaltet, notwendig.

In der vorliegenden Dissertation wird die kontinuierliche Konversion von gecracktem Pflanzenöl (CVO) unter Wasserstoffatmosphäre in einem 0,25 L Reaktor untersucht. Platin und Kobalt-Molybdän Katalysatoren werden im Temperaturbereich von 350-380 °C bei 50 bar Wasserstoff und Reaktionsdauern zwischen 3 und 24,5 h eingesetzt. Die erzeugten Produkte sind kraftstoffähnlich. Die physikalischen Eigenschaften Heizwert/Brennwert, Säurezahl und Elementarzusammensetzung werden bestimmt. Brennwerte von 46,6 MJ/kg (CVO: 43,5 MJ/kg), Säurezahlen von 2,8 mgKOH/g (CVO: 80,5 mgKOH/g) und Sauerstoffgehalte von 0,32 wt% (CVO: 5,27 wt%) charakterisieren die Produktqualität. Gaschromatographie/Massenspektrometrie wird für die quantitative Analyse der Zusammensetzung der Produkte eingesetzt. Bis zu 73 wt% der Proben sind quantifizierbar. Während der kontinuierlichen Konversion des CVO werden in der Gasphase überwiegend CO und CO2 sowie geringere Anteile an Kohlenwasserstoffen wie CH4 und C2H6 detektiert. Die Untersuchungen zur Selektivität der Katalysatoren für Gasphasenreaktionen ergeben in Wasserstoffatmosphäre für beide Katalysatoren eine CO2-Konversion zu CO und CH4, was auf die umgekehrte Wasser-Gas-Shift-Reaktion hinweist. Die CO-Erträge liegen im Bereich der thermodynamisch berechneten theoretischen Grenzen im Gleichgewicht. Platin zeichnet sich als geeignetster Katalysator für die Erzeugung kraftstoffähnlicher Komponenten im Rahmen der experimentell untersuchten Bedingungen aus.

Im Rahmen der Bemühungen, erneuerbare dieselähnliche Kraftstoffe bereitzustellen, werden in dieser Arbeit experimentelle Untersuchungen zur thermischen Desoxygenierung von Triglyceriden am Beispiel von Rapsöl unter Anwendung der Reaktivdestillation bei Atmosphärendruck im 4 Liter Labormaßstab durchgeführt. Dabei stehen die Einflussgrößen Zeit und Temperatur im Zentrum. Aus dem Zeitverhalten wird ein mathematisches Modell für die Kinetik der Desoxygeneriung erstellt. Im Hinblick auf die Kraftstoffqualität wird ein geringer Grad an Aromatisierung angestrebt. Außerdem sollen Gasverluste minimiert werden. Für diese Zielsetzung lässt sich aus der Literatur ein optimaler Temperaturbereich von 350 bis 400 °C ableiten. Unter den gegebenen apparativen Randbedingungen erweist sich das Intervall von 360 bis 380 °C als praktikabel. Unterhalb von 360 °C sind die Reaktionsgeschwindigkeiten nicht hinreichend und über 380 °C sind bei dem verwendeten Reaktoraufbau und diesem geringen Grad der Automatisierung die Reaktionsgeschwindigkeiten zu schnell, um reproduzierbare Randbedingungen zu gewährleisten. Außerdem durchläuft der Reaktor bei hohen Temperaturen in der Aufheizphase bereits reaktionsrelevante Bedingungen und kann nicht mehr als isotherm betrachtet werden. Die Versuche werden im Batchbetrieb durchgeführt. Die flüssige Reaktionsphase im Reaktor wird Sumpfphase genannt. Die herausdestillierten und anschließend kondensierten Crackprodukte werden als Kondensatphase bezeichnet. Diese besteht aus einer wässrigen und einer öligen Phase. Die Desoxygenierung wird getrennt für die Sumpfphase und die ölige Kondensatphase betrachtet. Der abgebaute Sauerstoff findet sich zum einen in der Gasphase – im Wesentlichen als CO und CO2 – und zum anderen in der wässrigen Phase überwiegend als H2O. Die höchste beobachtete Ausbeute an öligem Kondensat liegt bei 380 °C in der Größenordnung von 60 wt.-% gegenüber 32 wt.-% Sumpf. Die wässrige Phase repräsentiert 1 bis 2 wt.-%, während die Gasphase in der Differenz etwa 7 wt.-% umfasst. Die Aufzeichnungen der Versuchsdaten belegen eine gute Reproduzierbarkeit der Sumpftemperaturverläufe. Dieses wird bestätigt durch die Kondensatmassenströme, die sich bei gleicher Temperatur nahezu decken. Gleiches gilt für die zeitlichen Verläufe der Brennwerte für Sumpf- und Kondensatphase. Bei der zeitlichen Betrachtung steigen sowohl in der Kondensat- als auch in der Sumpfphase die Brennwerte während der thermischen Umwandlung bei allen Temperaturen von einem Anfangswert mit leichter Verzögerung auf einen konstanten Endwert. Beim ölhaltigen Kondensat liegt der Brennwert zu Beginn bei 39,0 MJ/kg bis 39,5 MJ/kg. Am Ende steigt dieser Wert auf 43,5 MJ/kg bis 44,0 MJ/kg. In der Sumpfphase erhöht sich dieser ausgehend von dem Wert des Rohstoffes von ca. 39,5 MJ/kg zu einem konstanten Wert von knapp über 43 MJ/kg. Die Steigerung der Energiedichte ist auf die Ausschleusung von Sauerstoff aus den jeweiligen Phasen zurückzuführen. In beiden Phasen sinkt dieser Wert von anfänglich über 12 wt.-% im ölhaltigen Kondensat bzw. rund 11 wt.-% in der Sumpfphase auf unter 3 wt.-%. Der Wasserstoffgehalt ist in beiden Phasen nahezu konstant und der Kohlenstoffgehalt erhöht sich entsprechend mit dem sinkendem Sauerstoffanteil. In der Kondensatphase korrespondiert dies mit einer stetig sinkenden Säurezahl und der per GCMS-Analyse nachgewiesene sinkende Konzentration vorhandener Carbonsäuren. Im Hinblick auf einen Reaktionsmechanismus deutet ein großer Teil der gerade zu Beginn der Versuche per GCMS detektierten Carbonsäuren im öligen Kondensat auf eine bevorzugte Spaltung der Ölsäure in alpha- und beta-Stellung der Doppelbindung hin. Neben den Carbonsäuren sind Alkane und Alkene die nachgewiesenen Hauptkomponenten im ölhaltigen Kondensat. Insbesondere sind für die C16 und C18 Fettsäuren des Rapsöls die jeweiligen C15 und C17 Alkane bzw. Alkene nachgewiesen, die als Produkte von Decarboxylierungs- bzw. Decarbonylierungsreaktionen verstanden werden können. Die Bildung von Wasser deutet auf eine zeitgleiche Desoxygenierung durch Dehydratisierung hin. Die Sumpfphase zeigt zudem eine zunehmende Stabilisierung gegen thermische Beanspruchung mit Anzeichen von parallel auftretender Polymerisation und Aromatisierung. Die Stabilisierung durch Polymerisation spiegelt sich in einem stark abnehmenden Kondensatmassenstrom bei gleichzeitiger Erhöhung der Viskosität der Sumpfphase wieder. Sinkende Jodzahlen bei gleichzeitig sinkenden H/C-Verhältnissen weisen auf Aromatisierungsreaktionen hin. Steigende Versuchstemperaturen erhöhen die Reaktionsgeschwindigkeiten erwartungsgemäß. Jedoch im Hinblick auf Reaktionsmechanismen lässt sich auf Basis von GCMS Analysen, Brennwerten und Elementaranalysen kein signifikanter Temperatureinfluss nachweisen. Die Modellierung der Desoxygenierung von Sumpf- und Ölkondensatphase lässt sich nicht mit einfachen Reaktionsordnungen erreichen. Ein erweitertes Modell von Parallelreaktion erster Ordnung mit autokatalytischer Reaktion erzielt hier deutlich bessere Ergebnisse. Die autokatalytische Reaktion bedeutet, dass Reaktionsprodukte entstehen, die die weiteren Desoxygenierungsreaktionen beschleunigen. Dies könnte so interpretiert werden, dass z. B. durch Esterspaltung freie Fettsäuren entstehen, die dann weitere Desoxygenierungsreaktionen unter eigener Zersetzung unterstützen. Diese Modellvorstellung wird untermauert durch die zunächst ansteigenden und dann wieder abfallenden Säurezahlen in der Sumpfphase. Die für die autokatalytische Reaktion ermittelten Aktivierungsenergien sind geringer als die für die Reaktion erster Ordnung. Somit ist die Reaktion erster Ordnung stärker temperaturabhängig als die autokatalytische Reaktion. Die Untersuchungen zeigen, dass relativ komplexe Desoxygenierungsreaktionen von Triglyceriden auf der Basis von vergleichsweise einfachen analytischen Daten interpretiert und modelliert werden können.

Inhalt der vorliegenden Arbeit sind theoretische und experimentelle Untersuchungen zur Erzeugung, dem Transport und der Deposition von mehrphasigen Reaktionssystemen vor dem Hintergrund eines konkreten Anwendungsproblems. Die Mehrphasigkeit bezieht sich hier sowohl auf die flüssige Phase des Reaktionssystems, wie auch auf die Gasphase, in welcher der Transport stattfinden soll und auf die festen Stoffe, auf denen die Reaktionen ablaufen sollen. Bei dem Anwendungsproblem handelt es sich um die materialverträgliche Einwirkung der mehrphasigen Reaktionssysteme auf sensible Oberflächen in Räumen. Die Analysen konzentrieren sich hierbei auf Partikelspektren in der Größenordnung von ca. 1 bis 100 µm, bei lokalen Konzentrationen von bis zu 1000 g/m³ sowie Drücken und Temperaturen im Bereich der Umgebungsbedingungen. Im Rahmen der Tropfenerzeugung wurde eine ausgewählte Gruppe von Aerosolgeneratoren untersucht und neben den Betriebsparametern auch die Tropfenspektren gemessen. Bei der Analyse der Transportprozesse und der Dynamik im Raum standen der zeitliche Verlauf, die räumliche Verteilung der Konzentration und Temperatur sowie der Einfluss der Tropfenverdunstung im Vordergrund. In Bezug auf die Tropfenkonzentration, d.h. der Wirkstoffmenge pro Volumeneinheit, konnte im Abgleich mit Experimenten ein Modell zur Berechnung der Tropfenverdampfung und der Raumtemperatur entwickelt werden, welches sich aus anwendungstechnischer Sicht gut mit den experimentellen Daten deckt. Bei den Untersuchungen zu den Aspekten der Depositionierung von zerstäubtem Wirkstoff an den Raumbegrenzungsflächen, konnten Erkenntnisse, zur Abscheidung von Wirkstoff an topographisch unterschiedlichen Wandflächen, zur Fragestellung wie gut enge Spalte und Röhren vom Wirkstoff erreicht werden können, dazu wie der Depositionsprozess im Detail abläuft und welches hierbei die maßgeblichen Einflussgrößen sind, gewonnen werden. Bei optischen Analysen konnte das beobachtete Depositionsverhalten von Tropfen mit den aus der Literatur bekannten Effekten verglichen, entsprechend zugeordnet und interpretiert werden. Die gewonnenen Erkenntnisse aus den einzelnen untersuchten Teilbereichen ergeben zusammengenommen ein schlüssiges Gesamtbild als Basis für die Prozessdefinition in Bezug auf das Anwendungsproblem.

This work concerns the fundamental aspects of affinity separation of glycoconjugates, in particular, glycoproteins such as the enzyme glucose oxidase (GOD). It includes studies on the adsorption behaviour of GOD onto Concanavalin A (Con A) adsorbents, the preparation, characterization, and properties investigation of PEGylated Con A, the characterization of novel dense pellicular agarose coated glass beads and its application for expanded bed adsorption of proteins.

The carbohydrate derivatives as naturally embedded systems on the cell membrane lipids and proteins are regarded as flexible molecules with wide array of conformations and protein recognition functions. These groups have been awarded an increasing interest in the recent years due to the mounting evidence that they mediate a host of functions including protein-carbohydrate interaction, cell type recognition, cell signaling and development as well as differentiation. Many questions concerning the protein-carbohydrate interactions are therefore associated with conformational behavior of these biomolecules. Even though experiments provide valuable information about the specificity, binding affinities and other equilibrium thermodynamic properties, it is not always possible to exactly characterize the binding region and the forces involved in such bindings. The dynamics involved in these binding processes are of paramount importance, giving way to the flexible adaptive structures in the solution. Because of the intrinsic dynamics bound with the carbohydrate molecules, not all of the required information can be readily obtained from the experimental studies, so theoretical approach is the only alternative to supplement the experimental data.