Bakalářský obor: Chemie a chemické technologie

Charakteristika oboru

Tříleté bakalářské studium nabízí univerzální chemické a technické vzdělání. Po jeho ukončení je možno pokračovat v magisterském studiu nejen na domovské fakultě, ale i na podobných vysokých školách v ČR a v zahraničí. Absolventi oboru získají kvalitní základ pro úspěšné uplatnění v komerční sféře. Hlavní náplní oboru je studium materiálů, surovin a výrobních procesů používaných v chemickém průmyslu. Důraz je kladen rovněž na vztah mezi chemickými technologiemi a životním prostředím. Studenti se mohou podílet na řešených výzkumných projektech s možností finančního ohodnocení.

uplatnění absolventů

Absolventi technických oborů jsou na trhu práce tradičně velmi žádanými, a to nejen v oblasti chemické výroby. Zkušenosti získané v průběhu studia a řešení bakalářské práce umožňují uplatnění rovněž ve výzkumu, poradenství nebo v projekčních a obchodních společnostech. Mimo vlastní technické vzdělání si absolventi osvojí také základy manažerských dovedností a schopnost práce v týmu.

Studijní plán

Zimní semestr

KódNázev předmětuÚstavPCLZakončeníKredity
Povinné předměty
N111009Toxikologie a ekologie111200Zk3
N445001Aplikace výpočetní techniky445030kz3
N413022Matematika I413340z, Zk9
N107033Historie chemie a materiálů107300Zk4
N101005Obecná a anorganická chemie I101320z, Zk8
N101031Úvod do laboratorních výpočtů101020kz3

Letní semestr

KódNázev předmětuÚstavPCLZakončeníKredity
Povinné předměty
N101003Laboratoř anorganické chemie I101004kz3
N101006Obecná a anorganická chemie II101220z, Zk5
N110004Organická chemie I110220z, Zk6
N413003Matematika II413330z, Zk8
N444001Fyzika I444320z, Zk7
N834001Odborný jazyk I834020z1

Zimní semestr

KódNázev předmětuÚstavPCLZakončeníKredity
Povinné předměty
N105004Úvod do chemických technologií105200Zk3
N108004Úvod do studia materiálů108200Zk3
N110002Laboratoř organické chemie I110004kz3
N110005Organická chemie II110320z, Zk7
N403011Fyzikální chemie I403320z, Zk6
N444003Laboratoř fyziky444003kz3
N834002Odborný jazyk II834020z, Zk2
Povinně volitelné předměty
N111035Úvod do inženýrské ekologie111200Zk3
N437005Podniková ekonomika437210z, Zk4
N437022Základy marketingu chemických výrobků437200Zk3
N444006Fyzika II444220z, Zk5
Volitelné předměty
N105006Základy anorganické technologie105200Zk3

Letní semestr

KódNázev předmětuÚstavPCLZakončeníKredity
Povinné předměty
N402002Analytická chemie I402220z, Zk5
N403013Laboratoř fyzikální chemie I403004kz3
N403014Fyzikální chemie II403320z, Zk7
N409002Chemické inženýrství I409230z, Zk6
N413004Aplikovaná statistika413120z, Zk4
Povinně volitelné předměty
N108013Chemie životního prostředí108300Zk4
N110003Laboratoř organické chemie II110004kz4
N111008Uživatelské programy111030kz3

Zimní semestr

KódNázev předmětuÚstavPCLZakončeníKredity
Povinné předměty
N143013Chemická informatika143110kz2
N320001Biochemie I320300Zk5
N402003Laboratoř analytické chemie I402005kz4
N409004Chemicko-inženýrský projekt409010kz2
N409013Laboratoř chemického inženýrství409003kz3
Povinně volitelné předměty
N101001Bezpečnost a legislativa v chemii101200Zk3
N106037Zpracování odpadů106200Zk3
N403012Laboratoř fyzikální chemie II403003kz3
N402004Analytická chemie II402210z, Zk4
Volitelné předměty

Letní semestr

KódNázev předmětuÚstavPCLZakončeníKredity
Povinné předměty
N963014Bakalářská práce9630012z15
Povinně volitelné předměty
N110006Strukturní analýza110210z, Zk4
N110026Základy farmakochemie110300Zk5
N111005Katalýza111210z, Zk4
N402007Laboratoř analytické chemie II402004kz4
Informace k formátování a tisku bakalářské práce naleznete na: http://intranet.vscht.cz/student/zaverecne-prace

Témata závěrečných prací

z oblasti Anorganické technologie

Adsorpce oxidu uhličitého na zeolitech v závislosti na teplotě

Oxid uhličitý lze separovat a odstraňovat pomocí adsorpce, absorpce, membránové separace, případně pomocí dalších metod. Výhodou adsorpčních procesů je jejich jednoduchost a možnosti aplikace i za vyšších teplot. V práci budou experimentálně stanoveny vysokotlaké adsorpční izotermy CO2 na zeolitech typu AFX při různých teplotách. Měření bude prováděno na multifunkčním přístroji ASAP 2050. Ze znalosti těchto izoterem bude vyhodnocena možnost odstranění oxidu uhličitého z plynných směsí.

Vedoucí práce: Ing. Miloslav Lhotka, PhD.

Charakterizace iontově selektivních polymerních membrán

Iontově selektivní membrány nacházejí své uplatnění v mnoha oblastech průmyslu, stejně jako ochrany životního prostředí, či energetických aplikací. Z důvodu jejich rozmanitého využití vykazují tyto materiály také rozmanité vlastnosti. Mezi hlavní požadavky kladené na iontově selektivní polymerní membrány patří jejich vysoká iontově výměnná kapacita a iontová vodivost a dlouhá životnost za podmínek konkrétního procesu. V rámci tohoto tématu jsou tak charakterizovány komerčně dostupné, či vývojové iontově selektivní membrány určené zejména pro použití v energetických aplikacích.

Vedoucí práce: Ing. Jaromír Hnát, Ph.D.

Fotokatalytické čištění vzduchu

Tématem práce je aplikace fotokatalyzátoru oxidu titaničitého ve formě tenkých povlaků pro odbourávání NO a těkavých rozpouštědel (hexan, toluen) ze vzduchu. Důraz bude kladen na výběr katalyzátoru, dále vliv vlhkosti a počáteční koncentrace látky ve vzduchu.

Vedoucí práce: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa
Konzultant práce: Ing. Michal Baudys, Ph.D.

Hnojiva s pozvolně rozpustnými sloučeninami fosforu

Fosfor patří mezi základní biogenní prvky. Cena výchozích fosforečných surovin v poslední době významně roste. Používání pozvolně rozpustných sloučenin fosforu značně snižuje jeho ztráty způsobené retrogradací. Práce bude zaměřena na získání přehledu hnojiv tohoto typu a jejich výroby. Může obsahovat i experimentální část.

Vedoucí práce: Doc. Ing. Jan Vídenský, CSc.

Katalytický rozklad N2O ve strukturovaných katalyzátorech a reaktorech

Pomocí matematického modelování bude studován rozklad N2O ve strukturovaných katalyzátorech a bude navrženo provozní zařízení pro odstraňování N2O z odpadních plynů z technologie kyseliny dusičné.

Vedoucí práce: Doc. Ing. Bohumil Bernauer, CSc.

Přímá dekompozice metanu

V rámci této práce budou připravovány a testovány katalyzátory pro přímý rozklad metanu na vodík a uhlík.

Vedoucí práce: Dr. Ing. Vlastimil Fíla
Konzultant práce: Ing. Milan Bernauer, Ph.D.

Příprava a charakterizace materiálů na bázi MOF a ZIF

V rámci této práce budou syntetizovány MOF (metallic organic framework) and ZIF (zeolite imidazole framework) materiály. U těchto materiálů budou měřeny adsorpční izotermy pro průmyslově významné plyny (CO2, CH4, C2H6, apod.)

Vedoucí práce: Dr. Ing. Vlastimil Fíla
Konzultant práce: Ing. Miloslav Lhotka, PhD.

Příprava a charakterizace zeolitických membrán

Zeolitické membrány jsou v průmyslu používány v separačních a čistících technologiích. V práci jsou studovány podmínky přípravy zeolitických membrán metodou nanášení vrstvy zeolitu typu MFI na různé typy nosičů. Tyto membrány budou charakterizovány pomocí RTG difrakce, skenovací elektronové mikroskopie (SEM), měření specifického povrchu a distribuce mezopórů a mikropórů.

Vedoucí práce: Ing. Miloslav Lhotka, PhD.

Separace binárních směsí pomocí mikroporézních membrán

Práce je zaměřena na experimentální stanovení permeačních charakteristik a separačních vlastností připravených mikroporézních membrán v systémech CO2 - CH4 - N2 a binárních systémech CH4/ alkan.

Vedoucí práce: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

Sledování změn velikosti pevné fáze při jejím rozpouštění

Změna velikosti částic pevné fáze je při studiu průběhu heterogenních nekatalyzovaných reakcí velmi důležitý parametr. Z jeho znalosti se vychází při návrhu modelové představy popisující studovaný systém. Tento parametr rovněž umožňuje stanovit na základě objemových změn přibližný stupeň přeměny pevné fáze. Cílem této práce je na zvoleném reakčním systému porovnat stupeň přeměny získaný ze změny velikosti částic (pomocí laserové difrakce) s hodnotami stanovenými gravimetricky.

Vedoucí práce: Ing. Ivona Sedlářová, Ph.D.

Studium vlastností produktu reakce hydroxidu vápenatého s kyselinou sírovou

K nejpoužívanějším metodám zpracování odpadních vod obsahujících sloučeniny síry patří jejich neutralizace vhodnými činidly, např. hydroxidem vápenatým. Fyzikálně - chemické vlastnosti vznikajícího produktu ovlivňují jak samotnou technologii následného zpracování, např. filtraci a sušení, tak i jeho další využití v technické praxi. Cílem této práce je za různých reakčních podmínek připravit vzorky produktu neutralizační reakce a charakterizovat je z hlediska chemického a fázového složení, tvaru a velikosti připravených částic atd.

Vedoucí práce: Ing. Ivona Sedlářová, Ph.D.

Studium vlivů uplatňujících se při turbidimetrickém stanovení síranů

Turbidimetrie je rychlá analytická metoda založená na sledování intenzity zákalu suspenze. Pro stanovení obsahu síranových iontů se využívá jejich srážení pomocí vhodného činidla. Cílem této práce je experimentálně proměřit různé vlivy působící na turbidimetrické stanovení síranů.

Vedoucí práce: Ing. Ivona Sedlářová, Ph.D.

Tvarování vybraných sloučenin do sferických částic

Jedním z důležitých parametrů průmyslově vyráběných pevných sloučenin je jejich tvar. Cílem této práce je připravit sférické částice vybraných sloučenin metodou dávkování suspenze dané látky do roztoku dvojmocného nebo trojmocného kovu.

Vedoucí práce: Ing. Miloslav Lhotka, PhD.

Vlivy uplatňující se při výrobě dusičnanu vápenatého jako průmyslového hnojiva

Dusičnan vápenatý patří k jedněm z mála hnojiv, které vykazují fyziologicky alkalickou reakci. Ta je velmi vhodná pro naše kyselé půdy. Jeho nevýhodou, ale v suchých obdobích i výhodou, je jeho značná hygroskopičnost. Práce bude zaměřena na získání přehledu způsobů výroby tohoto hnojiva a používaných aditiv na zlepšení jeho vlastností. Může zahrnovat i experimentální část týkající se například rozkladu vápence kyselinou dusičnou.

Vedoucí práce: Doc. Ing. Jan Vídenský, CSc.

Výroba SNG koelektrolýzou CO2 a vody

Výroba syntetických paliv představuje základní nástroj energetické soběstačnosti. Výroba syntetického metanu (SNG) je založená na vysokoteplotní koelektrolýze vody a CO2 za vzniku CO a vodíku. Cílem práce je stanovit optimální složení reakční směsi pro zajištění stability materiálů katody.

Vedoucí práce: Doc. Ing. Martin Paidar, Ph.D.

Zpracování fosfátů na průmyslová hnojiva pomocí kyseliny sírové

Fosfátové suroviny jsou výchozí látky pro výrobu sloučenin obsahujících fosfor, největší objem představují fosforečná hnojiva. První chemickou operací je jejich převedení z vodonerozpustné formy na sloučeniny rozpustné pomocí minerálních kyselin. Cílem této bakalářské práce je shromáždit na základě literární rešerše informace o dané problematice a experimentálně sledovat průběh rozkladu fosfátu kyselinou sírovou.

Vedoucí práce: Doc. Ing. Jan Vídenský, CSc.

z oblasti Charakterizace a testování materiálů

Charakterizace iontově selektivních polymerních membrán

Iontově selektivní membrány nacházejí své uplatnění v mnoha oblastech průmyslu, stejně jako ochrany životního prostředí, či energetických aplikací. Z důvodu jejich rozmanitého využití vykazují tyto materiály také rozmanité vlastnosti. Mezi hlavní požadavky kladené na iontově selektivní polymerní membrány patří jejich vysoká iontově výměnná kapacita a iontová vodivost a dlouhá životnost za podmínek konkrétního procesu. V rámci tohoto tématu jsou tak charakterizovány komerčně dostupné, či vývojové iontově selektivní membrány určené zejména pro použití v energetických aplikacích.

Vedoucí práce: Ing. Jaromír Hnát, Ph.D.

Charakterizace komponent vysokoteplotních palivových článků (SOFC)

Vysokoteplotní palivové články mají díky rychlé kinetice elektrodových reakcí vysokou účinnost. Klíčovou součástí je keramický elektrolyt vodivý pro oxidový iont při teplotách nad 600 °C. Práce je zaměřena na nanášení elektrod na keramický elektrolyt a následná charakterizace vlastností připravených článků. Výsledky budou použity pro návrh kogenerační jednotky s vysokou účinností.

Vedoucí práce: Doc. Ing. Martin Paidar, Ph.D.

Fotokatalytické čištění vzduchu

Tématem práce je aplikace fotokatalyzátoru oxidu titaničitého ve formě tenkých povlaků pro odbourávání NO a těkavých rozpouštědel (hexan, toluen) ze vzduchu. Důraz bude kladen na výběr katalyzátoru, dále vliv vlhkosti a počáteční koncentrace látky ve vzduchu.

Vedoucí práce: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa
Konzultant práce: Ing. Michal Baudys, Ph.D.

Galvanické zlacení titanu

Zlato má vynikající chemické vlastnosti, především pak vysokou chemickou stabilitu. Proto nachází využití v mnoha průmyslových aplikacích. Hlavní nevýhodou je jeho vysoká cena. Titan je častým konstrukčním materiálem v průmyslovém měřítku. V řadě případů je tak nutné, nanesení pouze tenké vrstvy zlata na povrch titanu. Výsledný povlak tak představuje ekonomicky schůdnou variantu pro praktické aplikace. Cílem práce je nalézt vhodný postup pro nanesení stabilní vrstvy zlata na povrch titanu.

Vedoucí práce: Doc. Ing. Martin Paidar, Ph.D.

Pasivace Ti a její omezení vhodnou povrchovou úpravou

Elektrolýza vody v elektrolyzéru s protonově vodivou membránou (PEM) představuje jednu z klíčových technologií tzv. "vodíkové ekonomiky". Výhodou PEM elektrolýzy oproti dlouhodobě průmyslově zavedenému procesu elektrolýzy alkalické vody je zejména mnohem vyšší intenzita, energetická účinnost a flexibilita tohoto procesu. Na druhou stranu v PEM elektrolyzéru jsou kladeny značné nároky na použité materiály a zejména na materiály anody. To vyplývá zejména z kombinace nízkého pH a vysokého potenciálu na anodě elektrolyzéru. Cílem práce bude studium různých možností povrchové úpravy Ti, který se používá jako plynově difuzní vrstva anody, za účelem zvýšení jeho odolnosti vůči nadměrné pasivaci, která neúměrně zvyšuje energetické ztráty v průběhu elektrolýzy. Různě povrchově ošetřené Ti materiály budou otestovány v laboratorním PEM elektrolyzéru vody.

Vedoucí práce: Ing. Tomáš Bystroň, Ph.D.

Přímá dekompozice metanu

V rámci této práce budou připravovány a testovány katalyzátory pro přímý rozklad metanu na vodík a uhlík.

Vedoucí práce: Dr. Ing. Vlastimil Fíla
Konzultant práce: Ing. Milan Bernauer, Ph.D.

Příprava sorbentů pro odstranění toxických látek z vod

Použití jílů jako selektivních adsorbentů pro odstranění nebezpečných látek je velice efektivní a účinné. Práce je zaměřena na přípravu vysoce účinných sorbentů z kaolinu. Přírodní kaolin bude tepelně upravován na metakaolin a následně modifikován a rehydratován při různých teplotách na vysoce porézní sorbent. Tento sorbent bude charakterizován pomocí RTG difrakce, IČ spektrometrie, měření specifického povrchu a distribuce pórů. Na připravených materiálech pak bude provedena sorpce vybraných iontů.

Vedoucí práce: Ing. Miloslav Lhotka, PhD.

Příprava a charakterizace materiálů na bázi MOF a ZIF

V rámci této práce budou syntetizovány MOF (metallic organic framework) and ZIF (zeolite imidazole framework) materiály. U těchto materiálů budou měřeny adsorpční izotermy pro průmyslově významné plyny (CO2, CH4, C2H6, apod.)

Vedoucí práce: Dr. Ing. Vlastimil Fíla
Konzultant práce: Ing. Miloslav Lhotka, PhD.

Příprava a charakterizace zeolitických membrán

Zeolitické membrány jsou v průmyslu používány v separačních a čistících technologiích. V práci jsou studovány podmínky přípravy zeolitických membrán metodou nanášení vrstvy zeolitu typu MFI na různé typy nosičů. Tyto membrány budou charakterizovány pomocí RTG difrakce, skenovací elektronové mikroskopie (SEM), měření specifického povrchu a distribuce mezopórů a mikropórů.

Vedoucí práce: Ing. Miloslav Lhotka, PhD.

Příprava nanotrubic TiO2 a Fe2O3 pro fotoelektrochemický rozklad vody

Anodickou oxidací kovů ve vhodném elektrolytu vznikají nanotrubice oxidu příslušného kovu, které mají unikátní vlastnosti díky kombinaci vysoce organizovaných struktur polovodičového materiálu a přímého elektrického kontaktu s podkladním kovem. Tématem práce je příprava vrstev tvořených nanotrubicemi oxidu titaničitého a oxidu železitého a stanovení jejich fotoelektrochemických vlastností a ověření jejich funkčnosti pro fotoelektrochemický rozklad vody.

Vedoucí práce: Ing. Martin Zlámal, Ph.D.

Příprava vrstev oxidů kovů sprejovou pyrolýzou

Oxid wolframový je polovodič se zajímavými fotoelektrochemickými vlastnostmi. Sprejová či aerosolová pyrolýza je zajímavou metodou, jak připravit elektrody fotokatalyticky aktivního materiálu ve formě porézní vrstvy, která má relativně velký specifický povrch. Cílem práce bude příprava vrstev WO3 na vodivém podkladu a jejich optická, materiálová a fotoelektrochemická charakterizace.

Vedoucí práce: Ing. Martin Zlámal, Ph.D.

Senzorické vlastnosti vrstev nanotrubic TiO2

Nanotrubice oxidu titaničitého, vznikající anodickou oxidací titanu ve vhodném elektrolytu, mají unikátní vlastnosti díky kombinaci vysoce organizovaných struktur polovodičového materiálu a přímého elektrického kontaktu s podkladním titanem. Toho je možné využít především v elektrochemických aplikacích jako je například vývoj senzorů. Cílem práce je vypracovat na základě prací publikovaných v recenzovaných časopisech literární rešerši shrnující možnosti využití senzorických vlastností nanotrubic TiO2, připravit vrstvu nanotrubic TiO2 a ověřit jejich funkční vlastnosti.

Vedoucí práce: Ing. Martin Zlámal, Ph.D.

Separace binárních směsí pomocí mikroporézních membrán

Práce je zaměřena na experimentální stanovení permeačních charakteristik a separačních vlastností připravených mikroporézních membrán v systémech CO2 - CH4 - N2 a binárních systémech CH4/ alkan.

Vedoucí práce: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

Stanovení aktivní plochy katalyzátoru pomocí pulzní chemisorpce

Heterogenní katalyzátory jsou široce využívány v chemickém průmyslu, při výrobě motorových paliv a mnoha chemických specialit nebo farmaceutických látek. Velikost částic kovu v heterogenních katalyzátorech může mít významný vliv na katalytickou aktivitu, popř. selektivitu těchto katalyzátorů. Cílem práce je stanovit aktivní plochu příslušného kovu v katalyzátoru pomocí pulzní chemisorpce. Měření bude prováděno na multifunkčním přístroji ChemStar od firmy Quantachrome.

Vedoucí práce: Ing. Miloslav Lhotka, PhD.

Stanovení specifického povrchu a distribuce pórů v membránách a katalyzátorech

Znalost porézní struktury a měrného povrchu je potřebná zejména u porézních membrán a katalyzátorů. Texturní vlastnosti těchto materiálů se určují pomocí multifunkčního přístroje ASAP 2020 a ASAP 2050. ASAP 2020 i ASAP 2050 využívá pro své měření převážně adsorpční izotermu N2, ze které se pak získává měrný povrch mezopórů pomocí např. metody BET, distribuce objemu a plochy mezopórů se určuje pomocí BJH metody, distribuce objemu a plochy mikroporů lze určit např. pomocí izotermy Dubinina.

Vedoucí práce: Ing. Miloslav Lhotka, PhD.

Stanovení texturních charakteristik biochar

Biochar je vysoce porézní materiál, tvořený převážně uhlíkem. Vyrábí se pyrolýzou z různých materiálů organického původu, např. z biomasy nebo různých dřevin. Je používán jako sorbent pro toxické látky např. arsenu. Cílem práce bude stanovit texturní parametry (specifický povrch, distribuce pórů a skutečná hustota) biocharů vyrobených z různých organických látek za různých teplot.

Vedoucí práce: Ing. Miloslav Lhotka, PhD.

Studium vlastností produktu reakce hydroxidu vápenatého s kyselinou sírovou

K nejpoužívanějším metodám zpracování odpadních vod obsahujících sloučeniny síry patří jejich neutralizace vhodnými činidly, např. hydroxidem vápenatým. Fyzikálně - chemické vlastnosti vznikajícího produktu ovlivňují jak samotnou technologii následného zpracování, např. filtraci a sušení, tak i jeho další využití v technické praxi. Cílem této práce je za různých reakčních podmínek připravit vzorky produktu neutralizační reakce a charakterizovat je z hlediska chemického a fázového složení, tvaru a velikosti připravených částic atd.

Vedoucí práce: Ing. Ivona Sedlářová, Ph.D.

Světlem aktivované nanostrukturované materiály pro solární produkci vodíku

Práce se bude zabývat přípravou a charakterizací nanostrukturovaných vrstev oxidů titanu a železa. Připravené materiály budou testovány z hlediska jejich využití jako fotoanody v solárních celách pro generaci vodíku.

Vedoucí práce: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa
Konzultant práce: Ing. Šárka Paušová, Ph.D.

Světlem aktivované samočistící materiály obsahující kompositní fotokatalyzátory na bázi TiO2

Jedná se o přípravu modifikovaných fotokatalyzátorů, jejich aplikace do nátěrů a sledování samočistících vlastností (barevné inkousty) a schopnosti čistit vzduch od NOx.

Vedoucí práce: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa
Konzultant práce: Ing. Michal Baudys, Ph.D.

Vývoj a charakterizace neplatinových katalyzátorů pro alkalickou elektrolýzu vody

Významnou výhodou alkalické elektrolýzy vody jako technologie pro konverzi elektrické energie jsou její relativně nízké nároky na použité materiály, včetně katalyzátorů urychlujících elektrodové reakce. Nejrozšířenější alternativu dnes představuje směsný oxid niklu a kobaltu spinelového typu. Probíhající studie však ukazují, že lze nalézt celou řadu dalších směsných oxidů dosahujících výrazně vyšší aktivity při zachování odpovídající stability. Navrhovaná práce se zaměří na optimalizaci přípravy oxidických katalyzátorů pro proces alkalické elektrolýzy vody a na jejich zevrubnou charakterizaci.

Vedoucí práce: Prof. Dr. Ing. Karel Bouzek
Konzultant práce: Ing. Jaromír Hnát, Ph.D.

z oblasti Elektrochemie

Elektrochemická redukce CO2 jako zdroj jednoduchých organických sloučenin

Elektrochemická redukce CO2 může sloužit jako prakticky nevyčerpatelný zdroj jednoduchých organických sloučenin jako jsou formaldehyd, methanol či kyselina mravenčí, které představují výchozí suroviny v řadě chemických výrob. Základním předpokladem je samozřejmě zdroj levné elektrické energie. V rámci bakalářské práce bude proveden základní screening s cílem nalezení vhodného materiálu elektrody/katalyzátoru pro syntézu těchto látek.

Vedoucí práce: Ing. Tomáš Bystroň, Ph.D.

Elektrochemická syntéza vybraných selektivních oxidačních činidel využitelných při syntéze léčiv

Selektivní oxidace alkoholů na aldehydy, ketony, karboxylové sloučeniny a jejich deriváty představuje klíčový krok při výrobě řady léčiv a jiných chemických specialit. V praxi používaná selektivní oxidační činidla ve své struktuře většinou obsahují přechodné kovy jako Cr, Mn, Ni či Ru. To vzhledem k toxicitě těchto kovů výrazně zvyšuje náklady na zpracování a ekologickou likvidaci odpadů. Adekvátní náhradou těchto látek jsou benigní oxidační činidla na bázi hypervalentních sloučenin jódu. Příkladem může být 2-iodylbenzoová kyselina, často používaná v kombinaci s peroxosíranem jako koncovým oxidačním činidlem. Z důvodu nebezpečí spojeného se skladováním větších množství nestabilního peroxosíranu se však uvedeného postupu využívá pouze v laboratorním měřítku. Řešením tohoto problému může být elektrochemická generace příslušného oxidantu z jeho stabilního prekurzoru. Cílem této práce je nalezení materiálu anody a podmínek vhodných pro anodickou generaci vybraných oxidačních činidel obsahujících atom hypervalentního jódu.

Vedoucí práce: Ing. Tomáš Bystroň, Ph.D.

Elektrochemická syntéza železanu

Železany jsou velmi silná oxidační činidla využitelná při čištění odpadních vod, organických syntézách a v energetickém průmyslu. Jejich výhodou je skutečnost, že produktem jejich redukce jsou nezávadné sloučeniny FeIII. V průmyslové praxi se však železany nepoužívají vzhledem ke své vysoké ceně zapříčiněné komplikovanou syntézou. Jednou z metod, jak lze železany jednoduše připravit, je anodická oxidace sloučenin FeIII na vhodné inertní elektrodě. Ta musí být nejen odolná vůči silným oxidačním účinkům železanů, ale musí také upřednostňovat syntézu železanu před rekcí vývoje O2. Jako vhodný materiál pro inertní anodu se jeví např. borem dopovaná diamantová elektroda (BDD), které jsou známy svou značnou chemickou stabilitou a vysokým přepětím pro vývoj O2. V rámci práce bude provedena základní charakterizace elektrochemického chování sloučenin FeIII na BDD popř. jiné vhodné elektrodě s cílem posoudit možnost využití těchto elektrod při syntéze železanů.

Vedoucí práce: Ing. Tomáš Bystroň, Ph.D.

Elektrochemické metody čištění odpadních vod

Elektrochemické metody odstraňování nečistot představují vysoce flexibilní způsob řešení problematiky odpadní vody. Jsou vhodné pro odstranění těžkých kovů i organických nečistot, především u menších zdrojů kontaminace. Pro reálnou znečištěnou vodu bude vybrána vhodná elektrochemická metoda, jejíž účinnost bude experimentálně ověřena na modelovém systému. Cílem práce je nalézt vhodné provozní podmínky pro zpracování reálné vody.

Vedoucí práce: Doc. Ing. Martin Paidar, Ph.D.

Elektrochemie kyselin fosforu na Pt elektrodě

Palivové články představují perspektivní technologii pro konverzi energie chemické na energii elektrickou. Mezi zásadní výhody této technologie patří ve srovnání s tepelnými stroji výrazně vyšší účinnost a v závislosti na použitém palivu také omezení emisí. Jedním ze zajímavých zástupců palivových článků je středněteplotní palivový článek typu PEM (proton exchange membrane), který je provozován při teplotách v rozmezí 100 až 200 °C a nejčastěji obsahuje membránu na bázi polybenzimidazolu dopovaného kyselinu fosforečnou, která však není při provozních podmínkách palivového článku stabilní a částečně se redukuje na sloučeniny fosforu v nižším oxidačním stupni. Cílem této práce je prostudovat elektrochemické vlastnosti vybraných kyselin fosforu na Pt elektrodě při podmínkách relevantních pro provoz zmíněného palivového článku.

Vedoucí práce: Ing. Tomáš Bystroň, Ph.D.
Konzultant práce: Ing. Martin Prokop

Galvanické zlacení titanu

Zlato má vynikající chemické vlastnosti, především pak vysokou chemickou stabilitu. Proto nachází využití v mnoha průmyslových aplikacích. Hlavní nevýhodou je jeho vysoká cena. Titan je častým konstrukčním materiálem v průmyslovém měřítku. V řadě případů je tak nutné, nanesení pouze tenké vrstvy zlata na povrch titanu. Výsledný povlak tak představuje ekonomicky schůdnou variantu pro praktické aplikace. Cílem práce je nalézt vhodný postup pro nanesení stabilní vrstvy zlata na povrch titanu.

Vedoucí práce: Doc. Ing. Martin Paidar, Ph.D.

Příprava nanotrubic TiO2 a Fe2O3 pro fotoelektrochemický rozklad vody

Anodickou oxidací kovů ve vhodném elektrolytu vznikají nanotrubice oxidu příslušného kovu, které mají unikátní vlastnosti díky kombinaci vysoce organizovaných struktur polovodičového materiálu a přímého elektrického kontaktu s podkladním kovem. Tématem práce je příprava vrstev tvořených nanotrubicemi oxidu titaničitého a oxidu železitého a stanovení jejich fotoelektrochemických vlastností a ověření jejich funkčnosti pro fotoelektrochemický rozklad vody.

Vedoucí práce: Ing. Martin Zlámal, Ph.D.

Příprava vrstev oxidů kovů sprejovou pyrolýzou

Oxid wolframový je polovodič se zajímavými fotoelektrochemickými vlastnostmi. Sprejová či aerosolová pyrolýza je zajímavou metodou, jak připravit elektrody fotokatalyticky aktivního materiálu ve formě porézní vrstvy, která má relativně velký specifický povrch. Cílem práce bude příprava vrstev WO3 na vodivém podkladu a jejich optická, materiálová a fotoelektrochemická charakterizace.

Vedoucí práce: Ing. Martin Zlámal, Ph.D.

Senzorické vlastnosti vrstev nanotrubic TiO2

Nanotrubice oxidu titaničitého, vznikající anodickou oxidací titanu ve vhodném elektrolytu, mají unikátní vlastnosti díky kombinaci vysoce organizovaných struktur polovodičového materiálu a přímého elektrického kontaktu s podkladním titanem. Toho je možné využít především v elektrochemických aplikacích jako je například vývoj senzorů. Cílem práce je vypracovat na základě prací publikovaných v recenzovaných časopisech literární rešerši shrnující možnosti využití senzorických vlastností nanotrubic TiO2, připravit vrstvu nanotrubic TiO2 a ověřit jejich funkční vlastnosti.

Vedoucí práce: Ing. Martin Zlámal, Ph.D.

Výroba SNG koelektrolýzou CO2 a vody

Výroba syntetických paliv představuje základní nástroj energetické soběstačnosti. Výroba syntetického metanu (SNG) je založená na vysokoteplotní koelektrolýze vody a CO2 za vzniku CO a vodíku. Cílem práce je stanovit optimální složení reakční směsi pro zajištění stability materiálů katody.

Vedoucí práce: Doc. Ing. Martin Paidar, Ph.D.

Vývoj a charakterizace neplatinových katalyzátorů pro alkalickou elektrolýzu vody

Významnou výhodou alkalické elektrolýzy vody jako technologie pro konverzi elektrické energie jsou její relativně nízké nároky na použité materiály, včetně katalyzátorů urychlujících elektrodové reakce. Nejrozšířenější alternativu dnes představuje směsný oxid niklu a kobaltu spinelového typu. Probíhající studie však ukazují, že lze nalézt celou řadu dalších směsných oxidů dosahujících výrazně vyšší aktivity při zachování odpovídající stability. Navrhovaná práce se zaměří na optimalizaci přípravy oxidických katalyzátorů pro proces alkalické elektrolýzy vody a na jejich zevrubnou charakterizaci.

Vedoucí práce: Prof. Dr. Ing. Karel Bouzek
Konzultant práce: Ing. Jaromír Hnát, Ph.D.

z oblasti Elektrolýzy vody

Charakterizace komponent vysokoteplotních palivových článků (SOFC)

Vysokoteplotní palivové články mají díky rychlé kinetice elektrodových reakcí vysokou účinnost. Klíčovou součástí je keramický elektrolyt vodivý pro oxidový iont při teplotách nad 600 °C. Práce je zaměřena na nanášení elektrod na keramický elektrolyt a následná charakterizace vlastností připravených článků. Výsledky budou použity pro návrh kogenerační jednotky s vysokou účinností.

Vedoucí práce: Doc. Ing. Martin Paidar, Ph.D.

Elektrokatalytický vývoj vodíku na Ni katodě aktivované redukovaným grafenoxidem

Alkalická elektrolýza vody představuje již dlouhodobě zavedený průmyslový proces bez výraznějších nároků na obsluhu. Jeho nevýhodou je nízká energetická účinnost a nízká intenzita. Obě tato negativa jsou do jisté míry spojena s nízkou rychlostí reakce vývoje vodíku na katodě, která je v průmyslovém elektrolyzéru vyrobena z Ni. Ni je z krátkodobého hlediska relativně dobrým katalyzátorem pro reakci vývoje vodíku v alkalickém prostředí. Při dlouhodobějším provozu se však jeho povrch pokrývá vrstvou hydridu, která tuto reakci zpomaluje. Ukázalo se, že přítomnost redukovanéno grafen oxidu na povrchu Ni elektrody zamezuje vzniku této hydridové vrstvy. Cílem práce bude studium mechanismu katodického vývoje vodíku v přítomnosti redukovaného grafen oxidu na povrchu Ni elektrody.

Vedoucí práce: Ing. Tomáš Bystroň, Ph.D.

Matematické modelování (počítačové simulace) membránové elektrolýzy vody s využitím programu COMSOL a Matlab

Matematické modelování, respektive počítačové simulace, představují výjimečně užitečný nástroj k hlubšímu pochopení funkce elektrochemických zařízení a probíhajících fyzikálně-chemických dějů. Toho lze následně využít k optimalizaci těchto zařízení. V rámci tohoto tématu se pozornost zaměří na matematický popis procesu membránové elektrolýzy vody. Toto téma spadá do oblasti „Vodíkové ekonomiky“ a konverze a uskladnění přebytečné elektrické energie z obnovitelných zdrojů. Počítačové simulace budou probíhat v programech COMSOL, Matlab, případně FLUENT.

Vedoucí práce: Ing. Roman Kodým, Ph.D.

Optimalizace a charakterizace jednotky pro alkalickou elektrolýzu vody

Alkalická cesta elektrolýzy vody představuje dosud jedinou průmyslově zavedenou technologii tohoto typu. V současné době je však v souvislosti s rozvojem využívání obnovitelných zdrojů energie vyvíjen narůstající tlak k dalšímu vývoji této technologie spojené s nárůstem její účinnosti a flexibility. Cílem této práce je optimalizovat a charakterizovat vhodnou jednotku pro alkalickou elektrolýzu vody laboratorních rozměrů, využívající anion selektivní polymerní elektrolyt a ověřit její funkci a účinnost.

Vedoucí práce: Ing. Jaromír Hnát, Ph.D.

Pasivace Ti a její omezení vhodnou povrchovou úpravou

Elektrolýza vody v elektrolyzéru s protonově vodivou membránou (PEM) představuje jednu z klíčových technologií tzv. "vodíkové ekonomiky". Výhodou PEM elektrolýzy oproti dlouhodobě průmyslově zavedenému procesu elektrolýzy alkalické vody je zejména mnohem vyšší intenzita, energetická účinnost a flexibilita tohoto procesu. Na druhou stranu v PEM elektrolyzéru jsou kladeny značné nároky na použité materiály a zejména na materiály anody. To vyplývá zejména z kombinace nízkého pH a vysokého potenciálu na anodě elektrolyzéru. Cílem práce bude studium různých možností povrchové úpravy Ti, který se používá jako plynově difuzní vrstva anody, za účelem zvýšení jeho odolnosti vůči nadměrné pasivaci, která neúměrně zvyšuje energetické ztráty v průběhu elektrolýzy. Různě povrchově ošetřené Ti materiály budou otestovány v laboratorním PEM elektrolyzéru vody.

Vedoucí práce: Ing. Tomáš Bystroň, Ph.D.

Vývoj a charakterizace neplatinových katalyzátorů pro alkalickou elektrolýzu vody

Významnou výhodou alkalické elektrolýzy vody jako technologie pro konverzi elektrické energie jsou její relativně nízké nároky na použité materiály, včetně katalyzátorů urychlujících elektrodové reakce. Nejrozšířenější alternativu dnes představuje směsný oxid niklu a kobaltu spinelového typu. Probíhající studie však ukazují, že lze nalézt celou řadu dalších směsných oxidů dosahujících výrazně vyšší aktivity při zachování odpovídající stability. Navrhovaná práce se zaměří na optimalizaci přípravy oxidických katalyzátorů pro proces alkalické elektrolýzy vody a na jejich zevrubnou charakterizaci.

Vedoucí práce: Prof. Dr. Ing. Karel Bouzek
Konzultant práce: Ing. Jaromír Hnát, Ph.D.

z oblasti Fotokatalýzy

Aplikace pokročilých oxidačních procesů pro odstraňování biologicky obtížně odbouratelných organických látek

Tématem bude kritické zhodnocení aplikace pokročilých oxidačních procesů (POP) pro čištění odpadních vod, které obsahují obtížně oxidovatelné persistentní organické látky a/nebo organické látky obtížně mikrobiologicky odbouratelné.

Vedoucí práce: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa
Konzultant práce: Ing. Šárka Paušová, Ph.D.

Fotokatalytické čištění vzduchu

Tématem práce je aplikace fotokatalyzátoru oxidu titaničitého ve formě tenkých povlaků pro odbourávání NO a těkavých rozpouštědel (hexan, toluen) ze vzduchu. Důraz bude kladen na výběr katalyzátoru, dále vliv vlhkosti a počáteční koncentrace látky ve vzduchu.

Vedoucí práce: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa
Konzultant práce: Ing. Michal Baudys, Ph.D.

Optimalizace reaktoru pro fotokatalytickou degradaci polutantů ve vodném prostředí

Heterogenní fotokatalýza je pokročilý oxidační proces, který umožňuje oxidovat nežádoucí organické látky pomocí kyslíku přirozeně rozpuštěného v roztoku. Nezbytnou součástí je přítomnost fotokatalyzátoru a excitačního záření - světla. Cílem práce bude optimalizace provozních parametrů laboratorního fotokatalytického reaktoru (průtok, koncentrace polutantu, koncentrace fotokatalyzátoru, intenzita světla) z pohledu rychlosti degradace polutantu.

Vedoucí práce: Ing. Martin Zlámal, Ph.D.

Příprava nanotrubic TiO2 a Fe2O3 pro fotoelektrochemický rozklad vody

Anodickou oxidací kovů ve vhodném elektrolytu vznikají nanotrubice oxidu příslušného kovu, které mají unikátní vlastnosti díky kombinaci vysoce organizovaných struktur polovodičového materiálu a přímého elektrického kontaktu s podkladním kovem. Tématem práce je příprava vrstev tvořených nanotrubicemi oxidu titaničitého a oxidu železitého a stanovení jejich fotoelektrochemických vlastností a ověření jejich funkčnosti pro fotoelektrochemický rozklad vody.

Vedoucí práce: Ing. Martin Zlámal, Ph.D.

Světlem aktivované nanostrukturované materiály pro solární produkci vodíku

Práce se bude zabývat přípravou a charakterizací nanostrukturovaných vrstev oxidů titanu a železa. Připravené materiály budou testovány z hlediska jejich využití jako fotoanody v solárních celách pro generaci vodíku.

Vedoucí práce: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa
Konzultant práce: Ing. Šárka Paušová, Ph.D.

Světlem aktivované samočistící materiály obsahující kompositní fotokatalyzátory na bázi TiO2

Jedná se o přípravu modifikovaných fotokatalyzátorů, jejich aplikace do nátěrů a sledování samočistících vlastností (barevné inkousty) a schopnosti čistit vzduch od NOx.

Vedoucí práce: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa
Konzultant práce: Ing. Michal Baudys, Ph.D.

z oblasti Katalýzy

Katalytický rozklad N2O ve strukturovaných katalyzátorech a reaktorech

Pomocí matematického modelování bude studován rozklad N2O ve strukturovaných katalyzátorech a bude navrženo provozní zařízení pro odstraňování N2O z odpadních plynů z technologie kyseliny dusičné.

Vedoucí práce: Doc. Ing. Bohumil Bernauer, CSc.

Přímá dekompozice metanu

V rámci této práce budou připravovány a testovány katalyzátory pro přímý rozklad metanu na vodík a uhlík.

Vedoucí práce: Dr. Ing. Vlastimil Fíla
Konzultant práce: Ing. Milan Bernauer, Ph.D.

Stanovení aktivní plochy katalyzátoru pomocí pulzní chemisorpce

Heterogenní katalyzátory jsou široce využívány v chemickém průmyslu, při výrobě motorových paliv a mnoha chemických specialit nebo farmaceutických látek. Velikost částic kovu v heterogenních katalyzátorech může mít významný vliv na katalytickou aktivitu, popř. selektivitu těchto katalyzátorů. Cílem práce je stanovit aktivní plochu příslušného kovu v katalyzátoru pomocí pulzní chemisorpce. Měření bude prováděno na multifunkčním přístroji ChemStar od firmy Quantachrome.

Vedoucí práce: Ing. Miloslav Lhotka, PhD.

Stanovení difuzních koeficientů N2O, N2 a O2 v mikroporézních látkách metodou ZLC

Experimentální stanovení difuzních koeficientů metodou "Zero-Length-Chromatography" (ZLC) v zeolitech MFI a FER v závislosti na teplotě a složení plynné směsi bude prováděno v průtočné aparatuře. Vyhodnocení experimentálních dat pomocí jednoduchých modelů bude provedeno pomocí systému Athena Visual Studio.

Vedoucí práce: Doc. Ing. Bohumil Bernauer, CSc.

Stanovení specifického povrchu a distribuce pórů v membránách a katalyzátorech

Znalost porézní struktury a měrného povrchu je potřebná zejména u porézních membrán a katalyzátorů. Texturní vlastnosti těchto materiálů se určují pomocí multifunkčního přístroje ASAP 2020 a ASAP 2050. ASAP 2020 i ASAP 2050 využívá pro své měření převážně adsorpční izotermu N2, ze které se pak získává měrný povrch mezopórů pomocí např. metody BET, distribuce objemu a plochy mezopórů se určuje pomocí BJH metody, distribuce objemu a plochy mikroporů lze určit např. pomocí izotermy Dubinina.

Vedoucí práce: Ing. Miloslav Lhotka, PhD.

Vývoj a charakterizace neplatinových katalyzátorů pro alkalickou elektrolýzu vody

Významnou výhodou alkalické elektrolýzy vody jako technologie pro konverzi elektrické energie jsou její relativně nízké nároky na použité materiály, včetně katalyzátorů urychlujících elektrodové reakce. Nejrozšířenější alternativu dnes představuje směsný oxid niklu a kobaltu spinelového typu. Probíhající studie však ukazují, že lze nalézt celou řadu dalších směsných oxidů dosahujících výrazně vyšší aktivity při zachování odpovídající stability. Navrhovaná práce se zaměří na optimalizaci přípravy oxidických katalyzátorů pro proces alkalické elektrolýzy vody a na jejich zevrubnou charakterizaci.

Vedoucí práce: Prof. Dr. Ing. Karel Bouzek
Konzultant práce: Ing. Jaromír Hnát, Ph.D.

z oblasti Matematického modelování a simulací

Katalytický rozklad N2O ve strukturovaných katalyzátorech a reaktorech

Pomocí matematického modelování bude studován rozklad N2O ve strukturovaných katalyzátorech a bude navrženo provozní zařízení pro odstraňování N2O z odpadních plynů z technologie kyseliny dusičné.

Vedoucí práce: Doc. Ing. Bohumil Bernauer, CSc.

Matematické modelování (počítačové simulace) elektro-membránových separačních procesů s využitím programu COMSOL a Matlab

Matematické modelování, respektive počítačové simulace, představují výjimečně užitečný nástroj k hlubšímu pochopení funkce elektrochemických zařízení a probíhajících fyzikálně-chemických dějů. Toho lze následně využít k optimalizaci těchto zařízení. V rámci tohoto tématu se pozornost zaměří na matematický popis elektro-membránových separačních procesů, jako například elektrodialýza, případně obecné studium transportních procesů v iontově-selektivních membránách. Počítačové simulace budou probíhat v programech COMSOL, Matlab, případně FLUENT.

Vedoucí práce: Ing. Roman Kodým, Ph.D.

Matematické modelování (počítačové simulace) membránové elektrolýzy vody s využitím programu COMSOL a Matlab

Matematické modelování, respektive počítačové simulace, představují výjimečně užitečný nástroj k hlubšímu pochopení funkce elektrochemických zařízení a probíhajících fyzikálně-chemických dějů. Toho lze následně využít k optimalizaci těchto zařízení. V rámci tohoto tématu se pozornost zaměří na matematický popis procesu membránové elektrolýzy vody. Toto téma spadá do oblasti „Vodíkové ekonomiky“ a konverze a uskladnění přebytečné elektrické energie z obnovitelných zdrojů. Počítačové simulace budou probíhat v programech COMSOL, Matlab, případně FLUENT.

Vedoucí práce: Ing. Roman Kodým, Ph.D.

Matematické modelování (počítačové simulace) palivových článků typu PEM s využitím programu COMSOL a Matlab

Matematické modelování, respektive počítačové simulace, představují výjimečně užitečný nástroj k hlubšímu pochopení funkce elektrochemických zařízení a probíhajících fyzikálně-chemických dějů. Toho lze následně využít k optimalizaci těchto zařízení. V rámci tohoto tématu se pozornost zaměří na matematický popis vodíkových palivových článků. Toto téma spadá do oblasti „Vodíkové ekonomiky“ a konverze a uskladnění přebytečné elektrické energie z obnovitelných zdrojů. Počítačové simulace budou probíhat v programech COMSOL, Matlab, případně FLUENT.

Vedoucí práce: Ing. Roman Kodým, Ph.D.

Stanovení difuzních koeficientů N2O, N2 a O2 v mikroporézních látkách metodou ZLC

Experimentální stanovení difuzních koeficientů metodou "Zero-Length-Chromatography" (ZLC) v zeolitech MFI a FER v závislosti na teplotě a složení plynné směsi bude prováděno v průtočné aparatuře. Vyhodnocení experimentálních dat pomocí jednoduchých modelů bude provedeno pomocí systému Athena Visual Studio.

Vedoucí práce: Doc. Ing. Bohumil Bernauer, CSc.

z oblasti Membránových aplikací

Adsorpce oxidu uhličitého na zeolitech v závislosti na teplotě

Oxid uhličitý lze separovat a odstraňovat pomocí adsorpce, absorpce, membránové separace, případně pomocí dalších metod. Výhodou adsorpčních procesů je jejich jednoduchost a možnosti aplikace i za vyšších teplot. V práci budou experimentálně stanoveny vysokotlaké adsorpční izotermy CO2 na zeolitech typu AFX při různých teplotách. Měření bude prováděno na multifunkčním přístroji ASAP 2050. Ze znalosti těchto izoterem bude vyhodnocena možnost odstranění oxidu uhličitého z plynných směsí.

Vedoucí práce: Ing. Miloslav Lhotka, PhD.

Charakterizace iontově selektivních polymerních membrán

Iontově selektivní membrány nacházejí své uplatnění v mnoha oblastech průmyslu, stejně jako ochrany životního prostředí, či energetických aplikací. Z důvodu jejich rozmanitého využití vykazují tyto materiály také rozmanité vlastnosti. Mezi hlavní požadavky kladené na iontově selektivní polymerní membrány patří jejich vysoká iontově výměnná kapacita a iontová vodivost a dlouhá životnost za podmínek konkrétního procesu. V rámci tohoto tématu jsou tak charakterizovány komerčně dostupné, či vývojové iontově selektivní membrány určené zejména pro použití v energetických aplikacích.

Vedoucí práce: Ing. Jaromír Hnát, Ph.D.

Elektromembránové metody pro úpravu vod

Elektromembránové procesy představují vysoce flexibilní způsob řešení problematiky zpracování pitné i odpadní vody. Jsou vhodné pro odstranění nežádoucích iontů především u menších zdrojů kontaminace. Pro reálnou znečištěnou vodu bude vybrána vhodná elektromembránová metoda, jejíž účinnost bude experimentálně ověřena na modelovém systému. Cílem práce je nalézt vhodné provozní podmínky pro zpracování reálné vody.

Vedoucí práce: Doc. Ing. Martin Paidar, Ph.D.

Matematické modelování (počítačové simulace) elektro-membránových separačních procesů s využitím programu COMSOL a Matlab

Matematické modelování, respektive počítačové simulace, představují výjimečně užitečný nástroj k hlubšímu pochopení funkce elektrochemických zařízení a probíhajících fyzikálně-chemických dějů. Toho lze následně využít k optimalizaci těchto zařízení. V rámci tohoto tématu se pozornost zaměří na matematický popis elektro-membránových separačních procesů, jako například elektrodialýza, případně obecné studium transportních procesů v iontově-selektivních membránách. Počítačové simulace budou probíhat v programech COMSOL, Matlab, případně FLUENT.

Vedoucí práce: Ing. Roman Kodým, Ph.D.

Matematické modelování (počítačové simulace) membránové elektrolýzy vody s využitím programu COMSOL a Matlab

Matematické modelování, respektive počítačové simulace, představují výjimečně užitečný nástroj k hlubšímu pochopení funkce elektrochemických zařízení a probíhajících fyzikálně-chemických dějů. Toho lze následně využít k optimalizaci těchto zařízení. V rámci tohoto tématu se pozornost zaměří na matematický popis procesu membránové elektrolýzy vody. Toto téma spadá do oblasti „Vodíkové ekonomiky“ a konverze a uskladnění přebytečné elektrické energie z obnovitelných zdrojů. Počítačové simulace budou probíhat v programech COMSOL, Matlab, případně FLUENT.

Vedoucí práce: Ing. Roman Kodým, Ph.D.

Pasivace Ti a její omezení vhodnou povrchovou úpravou

Elektrolýza vody v elektrolyzéru s protonově vodivou membránou (PEM) představuje jednu z klíčových technologií tzv. "vodíkové ekonomiky". Výhodou PEM elektrolýzy oproti dlouhodobě průmyslově zavedenému procesu elektrolýzy alkalické vody je zejména mnohem vyšší intenzita, energetická účinnost a flexibilita tohoto procesu. Na druhou stranu v PEM elektrolyzéru jsou kladeny značné nároky na použité materiály a zejména na materiály anody. To vyplývá zejména z kombinace nízkého pH a vysokého potenciálu na anodě elektrolyzéru. Cílem práce bude studium různých možností povrchové úpravy Ti, který se používá jako plynově difuzní vrstva anody, za účelem zvýšení jeho odolnosti vůči nadměrné pasivaci, která neúměrně zvyšuje energetické ztráty v průběhu elektrolýzy. Různě povrchově ošetřené Ti materiály budou otestovány v laboratorním PEM elektrolyzéru vody.

Vedoucí práce: Ing. Tomáš Bystroň, Ph.D.

Použití membrán při čištění bioplynu

Práce je zaměřena na experimentální stanovení permeačních charakteristik a separačních vlastností připravených membrán pro čištění bioplynu. Bude studován vliv teploty, tlaku a složení plynné směsi na jejich separační vlastnosti.

Vedoucí práce: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

Příprava a charakterizace zeolitických membrán

Zeolitické membrány jsou v průmyslu používány v separačních a čistících technologiích. V práci jsou studovány podmínky přípravy zeolitických membrán metodou nanášení vrstvy zeolitu typu MFI na různé typy nosičů. Tyto membrány budou charakterizovány pomocí RTG difrakce, skenovací elektronové mikroskopie (SEM), měření specifického povrchu a distribuce mezopórů a mikropórů.

Vedoucí práce: Ing. Miloslav Lhotka, PhD.

Separace binárních směsí pomocí mikroporézních membrán

Práce je zaměřena na experimentální stanovení permeačních charakteristik a separačních vlastností připravených mikroporézních membrán v systémech CO2 - CH4 - N2 a binárních systémech CH4/ alkan.

Vedoucí práce: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

Stanovení specifického povrchu a distribuce pórů v membránách a katalyzátorech

Znalost porézní struktury a měrného povrchu je potřebná zejména u porézních membrán a katalyzátorů. Texturní vlastnosti těchto materiálů se určují pomocí multifunkčního přístroje ASAP 2020 a ASAP 2050. ASAP 2020 i ASAP 2050 využívá pro své měření převážně adsorpční izotermu N2, ze které se pak získává měrný povrch mezopórů pomocí např. metody BET, distribuce objemu a plochy mezopórů se určuje pomocí BJH metody, distribuce objemu a plochy mikroporů lze určit např. pomocí izotermy Dubinina.

Vedoucí práce: Ing. Miloslav Lhotka, PhD.

Využití membránových separací v ochraně životního prostředí

Membránové separace představují vhodnou alternativu ke standardním separačním procesům. Tato práce je zaměřena na experimentální stanovení permeačních charakteristik a separačních vlastností připravených membrán pro odstraňování CO2, VOC popř. jiných složek z plynných směsí. Budou syntetizovány membrány na bázi polymerů a kompozitní membrány polymer-plnivo.

Vedoucí práce: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

z oblasti Ochrany životního prostředí

Adsorpce oxidu uhličitého na zeolitech v závislosti na teplotě

Oxid uhličitý lze separovat a odstraňovat pomocí adsorpce, absorpce, membránové separace, případně pomocí dalších metod. Výhodou adsorpčních procesů je jejich jednoduchost a možnosti aplikace i za vyšších teplot. V práci budou experimentálně stanoveny vysokotlaké adsorpční izotermy CO2 na zeolitech typu AFX při různých teplotách. Měření bude prováděno na multifunkčním přístroji ASAP 2050. Ze znalosti těchto izoterem bude vyhodnocena možnost odstranění oxidu uhličitého z plynných směsí.

Vedoucí práce: Ing. Miloslav Lhotka, PhD.

Aplikace pokročilých oxidačních procesů pro odstraňování biologicky obtížně odbouratelných organických látek

Tématem bude kritické zhodnocení aplikace pokročilých oxidačních procesů (POP) pro čištění odpadních vod, které obsahují obtížně oxidovatelné persistentní organické látky a/nebo organické látky obtížně mikrobiologicky odbouratelné.

Vedoucí práce: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa
Konzultant práce: Ing. Šárka Paušová, Ph.D.

Charakterizace iontově selektivních polymerních membrán

Iontově selektivní membrány nacházejí své uplatnění v mnoha oblastech průmyslu, stejně jako ochrany životního prostředí, či energetických aplikací. Z důvodu jejich rozmanitého využití vykazují tyto materiály také rozmanité vlastnosti. Mezi hlavní požadavky kladené na iontově selektivní polymerní membrány patří jejich vysoká iontově výměnná kapacita a iontová vodivost a dlouhá životnost za podmínek konkrétního procesu. V rámci tohoto tématu jsou tak charakterizovány komerčně dostupné, či vývojové iontově selektivní membrány určené zejména pro použití v energetických aplikacích.

Vedoucí práce: Ing. Jaromír Hnát, Ph.D.

Elektrochemické metody čištění odpadních vod

Elektrochemické metody odstraňování nečistot představují vysoce flexibilní způsob řešení problematiky odpadní vody. Jsou vhodné pro odstranění těžkých kovů i organických nečistot, především u menších zdrojů kontaminace. Pro reálnou znečištěnou vodu bude vybrána vhodná elektrochemická metoda, jejíž účinnost bude experimentálně ověřena na modelovém systému. Cílem práce je nalézt vhodné provozní podmínky pro zpracování reálné vody.

Vedoucí práce: Doc. Ing. Martin Paidar, Ph.D.

Elektromembránové metody pro úpravu vod

Elektromembránové procesy představují vysoce flexibilní způsob řešení problematiky zpracování pitné i odpadní vody. Jsou vhodné pro odstranění nežádoucích iontů především u menších zdrojů kontaminace. Pro reálnou znečištěnou vodu bude vybrána vhodná elektromembránová metoda, jejíž účinnost bude experimentálně ověřena na modelovém systému. Cílem práce je nalézt vhodné provozní podmínky pro zpracování reálné vody.

Vedoucí práce: Doc. Ing. Martin Paidar, Ph.D.

Fotokatalytické čištění vzduchu

Tématem práce je aplikace fotokatalyzátoru oxidu titaničitého ve formě tenkých povlaků pro odbourávání NO a těkavých rozpouštědel (hexan, toluen) ze vzduchu. Důraz bude kladen na výběr katalyzátoru, dále vliv vlhkosti a počáteční koncentrace látky ve vzduchu.

Vedoucí práce: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa
Konzultant práce: Ing. Michal Baudys, Ph.D.

Katalytický rozklad N2O ve strukturovaných katalyzátorech a reaktorech

Pomocí matematického modelování bude studován rozklad N2O ve strukturovaných katalyzátorech a bude navrženo provozní zařízení pro odstraňování N2O z odpadních plynů z technologie kyseliny dusičné.

Vedoucí práce: Doc. Ing. Bohumil Bernauer, CSc.

Optimalizace reaktoru pro fotokatalytickou degradaci polutantů ve vodném prostředí

Heterogenní fotokatalýza je pokročilý oxidační proces, který umožňuje oxidovat nežádoucí organické látky pomocí kyslíku přirozeně rozpuštěného v roztoku. Nezbytnou součástí je přítomnost fotokatalyzátoru a excitačního záření - světla. Cílem práce bude optimalizace provozních parametrů laboratorního fotokatalytického reaktoru (průtok, koncentrace polutantu, koncentrace fotokatalyzátoru, intenzita světla) z pohledu rychlosti degradace polutantu.

Vedoucí práce: Ing. Martin Zlámal, Ph.D.

Příprava sorbentů pro odstranění toxických látek z vod

Použití jílů jako selektivních adsorbentů pro odstranění nebezpečných látek je velice efektivní a účinné. Práce je zaměřena na přípravu vysoce účinných sorbentů z kaolinu. Přírodní kaolin bude tepelně upravován na metakaolin a následně modifikován a rehydratován při různých teplotách na vysoce porézní sorbent. Tento sorbent bude charakterizován pomocí RTG difrakce, IČ spektrometrie, měření specifického povrchu a distribuce pórů. Na připravených materiálech pak bude provedena sorpce vybraných iontů.

Vedoucí práce: Ing. Miloslav Lhotka, PhD.

Stanovení texturních charakteristik biochar

Biochar je vysoce porézní materiál, tvořený převážně uhlíkem. Vyrábí se pyrolýzou z různých materiálů organického původu, např. z biomasy nebo různých dřevin. Je používán jako sorbent pro toxické látky např. arsenu. Cílem práce bude stanovit texturní parametry (specifický povrch, distribuce pórů a skutečná hustota) biocharů vyrobených z různých organických látek za různých teplot.

Vedoucí práce: Ing. Miloslav Lhotka, PhD.

Studium vlastností produktu reakce hydroxidu vápenatého s kyselinou sírovou

K nejpoužívanějším metodám zpracování odpadních vod obsahujících sloučeniny síry patří jejich neutralizace vhodnými činidly, např. hydroxidem vápenatým. Fyzikálně - chemické vlastnosti vznikajícího produktu ovlivňují jak samotnou technologii následného zpracování, např. filtraci a sušení, tak i jeho další využití v technické praxi. Cílem této práce je za různých reakčních podmínek připravit vzorky produktu neutralizační reakce a charakterizovat je z hlediska chemického a fázového složení, tvaru a velikosti připravených částic atd.

Vedoucí práce: Ing. Ivona Sedlářová, Ph.D.

Světlem aktivované samočistící materiály obsahující kompositní fotokatalyzátory na bázi TiO2

Jedná se o přípravu modifikovaných fotokatalyzátorů, jejich aplikace do nátěrů a sledování samočistících vlastností (barevné inkousty) a schopnosti čistit vzduch od NOx.

Vedoucí práce: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa
Konzultant práce: Ing. Michal Baudys, Ph.D.

Využití membránových separací v ochraně životního prostředí

Membránové separace představují vhodnou alternativu ke standardním separačním procesům. Tato práce je zaměřena na experimentální stanovení permeačních charakteristik a separačních vlastností připravených membrán pro odstraňování CO2, VOC popř. jiných složek z plynných směsí. Budou syntetizovány membrány na bázi polymerů a kompozitní membrány polymer-plnivo.

Vedoucí práce: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

z oblasti Studia palivových článků

Charakterizace komponent vysokoteplotních palivových článků (SOFC)

Vysokoteplotní palivové články mají díky rychlé kinetice elektrodových reakcí vysokou účinnost. Klíčovou součástí je keramický elektrolyt vodivý pro oxidový iont při teplotách nad 600 °C. Práce je zaměřena na nanášení elektrod na keramický elektrolyt a následná charakterizace vlastností připravených článků. Výsledky budou použity pro návrh kogenerační jednotky s vysokou účinností.

Vedoucí práce: Doc. Ing. Martin Paidar, Ph.D.

Elektrochemie kyselin fosforu na Pt elektrodě

Palivové články představují perspektivní technologii pro konverzi energie chemické na energii elektrickou. Mezi zásadní výhody této technologie patří ve srovnání s tepelnými stroji výrazně vyšší účinnost a v závislosti na použitém palivu také omezení emisí. Jedním ze zajímavých zástupců palivových článků je středněteplotní palivový článek typu PEM (proton exchange membrane), který je provozován při teplotách v rozmezí 100 až 200 °C a nejčastěji obsahuje membránu na bázi polybenzimidazolu dopovaného kyselinu fosforečnou, která však není při provozních podmínkách palivového článku stabilní a částečně se redukuje na sloučeniny fosforu v nižším oxidačním stupni. Cílem této práce je prostudovat elektrochemické vlastnosti vybraných kyselin fosforu na Pt elektrodě při podmínkách relevantních pro provoz zmíněného palivového článku.

Vedoucí práce: Ing. Tomáš Bystroň, Ph.D.
Konzultant práce: Ing. Martin Prokop

Matematické modelování (počítačové simulace) palivových článků typu PEM s využitím programu COMSOL a Matlab

Matematické modelování, respektive počítačové simulace, představují výjimečně užitečný nástroj k hlubšímu pochopení funkce elektrochemických zařízení a probíhajících fyzikálně-chemických dějů. Toho lze následně využít k optimalizaci těchto zařízení. V rámci tohoto tématu se pozornost zaměří na matematický popis vodíkových palivových článků. Toto téma spadá do oblasti „Vodíkové ekonomiky“ a konverze a uskladnění přebytečné elektrické energie z obnovitelných zdrojů. Počítačové simulace budou probíhat v programech COMSOL, Matlab, případně FLUENT.

Vedoucí práce: Ing. Roman Kodým, Ph.D.

Vliv provozních podmínek na výkon svazku palivových článků typu PEM

Palivové články představují perspektivní technologii budoucího zásobování společnosti energií. Mezi zásadní výhody této technologie patří ve srovnání s tepelnými stroji výrazně vyšší účinnost a zejména pak omezené emise. Tato práce je zaměřena na vývoj APU jednotky se svazkem palivových článků typu PEM (proton exchange membrane). Tento typ článku poskytuje různý výkon v závislosti na provozních podmínkách (teplotě, vlhoksti, složení paliva, přítomnosti kontaminantů). Cílem této práce je posoudit vliv vybraných provozních parametrů na výkon a životnost palivového článku.

Vedoucí práce: Doc. Ing. Martin Paidar, Ph.D.
Konzultant práce: Ing. Jakub Mališ

z oblasti Syntézy léčiv

Aplikace pokročilých oxidačních procesů pro odstraňování biologicky obtížně odbouratelných organických látek

Tématem bude kritické zhodnocení aplikace pokročilých oxidačních procesů (POP) pro čištění odpadních vod, které obsahují obtížně oxidovatelné persistentní organické látky a/nebo organické látky obtížně mikrobiologicky odbouratelné.

Vedoucí práce: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa
Konzultant práce: Ing. Šárka Paušová, Ph.D.

Elektrochemická syntéza vybraných selektivních oxidačních činidel využitelných při syntéze léčiv

Selektivní oxidace alkoholů na aldehydy, ketony, karboxylové sloučeniny a jejich deriváty představuje klíčový krok při výrobě řady léčiv a jiných chemických specialit. V praxi používaná selektivní oxidační činidla ve své struktuře většinou obsahují přechodné kovy jako Cr, Mn, Ni či Ru. To vzhledem k toxicitě těchto kovů výrazně zvyšuje náklady na zpracování a ekologickou likvidaci odpadů. Adekvátní náhradou těchto látek jsou benigní oxidační činidla na bázi hypervalentních sloučenin jódu. Příkladem může být 2-iodylbenzoová kyselina, často používaná v kombinaci s peroxosíranem jako koncovým oxidačním činidlem. Z důvodu nebezpečí spojeného se skladováním větších množství nestabilního peroxosíranu se však uvedeného postupu využívá pouze v laboratorním měřítku. Řešením tohoto problému může být elektrochemická generace příslušného oxidantu z jeho stabilního prekurzoru. Cílem této práce je nalezení materiálu anody a podmínek vhodných pro anodickou generaci vybraných oxidačních činidel obsahujících atom hypervalentního jódu.

Vedoucí práce: Ing. Tomáš Bystroň, Ph.D.

Tematické okruhy ke státním zkouškám

czTematické okruhy k bakalářským státnicím - "Chemie a chemické technologie"

pdfokruhy_szz_bakalari_chcht.pdf | velikost: 148,9 kB