Témata prací

Bakalářská témata:

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.

Doktorská témata:

z oblasti Anorganické technologie

Katalytická transformace methanu na produkty vyšší užitné hodnoty

V současné době je věnována značná pozornost transformaci metanu popř. nižších uhlovodíků ze zemního plynu a bioplynu na produkty vyšší užitné hodnoty. Jedná se např. o procesy neoxidativní katalytické aromatizace metanu, selektivní oxidace metanu na metanol nebo dimethyl ether, apod. V rámci této práce bude vyvíjen vhodný katalyzátor pro vybraný proces. Bude studován vliv reakčních podmínek, vliv nosiče a procedury tvorby aktivní fáze na dosaženou konverzi methanu, stabilitu katalyzátoru a výtěžky produktů.

Vedoucí práce: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

Kinetika katalytického rozkladu N2O na zeolitických katalyzátorech

Předmětem práce je studium kinetiky rozkladu N2O na zeolitických katalyzátorech strukturních typů MFI, FER a titanosilikátech obsahujících Fe a další přechodové kovy. Práce bude zaměřena na kinetická měření s cílem vyvinout spolehlivý kinetický model vhodný pro návrh průmyslových zařízení.

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

Kinetika vysokoteplotního katalytického rozkladu N2O

Předmětem práce je studium rozkladu N2O na kovových oxidických katalyzátorech vhodných pro eliminaci N2O z reakčních plynů ve výrobě HNO3 (vlhké plyny s vysokou koncentrací NO o teplotě 750-900°C). Cílem této práce je vyhodnocení vlivu nosiče a struktury katalyticky aktivních oxidů na rozklad N2O na N2 a O2 při minimalizaci rozkladu přítomného NO. Pomocí kinetických měření bude dále studován i vliv ostatních složek přítomných v reálných reakčních plynech na stabilitu katalyzátoru.

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

Matematické modelování chemických a membránových procesů v prostředí universálních simulačních programů

Univerzální simulační programy představují vhodný nástroj pro návrh nových a optimalizaci stávajících průmyslových technologií. V rámci této práce budou vyvinuty statické a dynamické modely vybraných pokročilých membránových nebo chemických technologií popř. jejich částí v prostředí univerzálních simulátorů umožňující studovat chování těchto technologií pomocí počítačového experimentu. Součástí práce bude verifikace vyvinutých modelů na základě provozních dat s cílem navrhnout změny (strukturální a parametrické) ve studované technologii sledující zlepšení ekonomických a ekologických ukazatelů.V práci budou využívány převážně univerzální simulační programy firmy Aspen Technology.

Vedoucí práce: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

Membránový reaktor pro konverzi CO vodní parou

Vodík je důležitou chemickou surovinou, která nalezla uplatnění v řadě syntéz, při rafinacích a uplatňuje se i jako palivo. Konverze CO vodní parou (WGS) je jedním z kroků v řadě procesů výroby vodíku. Jedná se o rovnovážnou katalytickou reakci a předpokladem dosažení vysoké konverze je její realizace v membránovém reaktoru s kontinuálním odstraňováním některého z produktů. Náplní této práce bude vývoj a testování membránových reaktorů s membránou na bázi mikroporézních materiálů.

Vedoucí práce: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

Příprava a charakterizace hybridních membrán pro separace plynů

Membránová separace plynů představuje jednu z perspektivních a energeticky úspornějších alternativ k některým v současnosti používaným separačním procesům (PSA, TSA apod.) V rámci této práce budou syntetizovány a charakterizovány hybridní membrány polymer-plnivo, které spojují výhody mikroporézních a polymerních membrán. Jako plniva bude využíváno mikroporézních materiálů na bázi ZIF-8, silikalitu-1, ETS, FAU, TS-1, AFX, MOF, které budou kombinovány s polymery na bázi polyimidů. Základním problémem při přípravě těchto materialů je zajištění mezifázové adheze plniva a matrice, neboť nedostatečná adheze snižuje pevnost a selektivitu membrány. Cílem práce je studium možností modifikace mirkoporézní fáze a polymeru tak, aby bylo dosaženo vysoké adheze polymer-plnivo. U připravených membrán bude studován vliv těchto modifikací na jejich separační vlastnosti v soustavách vybraných uhlovodíků, CO2 a H2.

Vedoucí práce: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

Studium přepracování energosádrovce konverzní reakcí

Jedná se o studii chemického přepracování energosádrovce. Jeho produkce při odsiřování klasických spalovacích elektráren převyšuje možnosti jeho využití ve stavebnictví a dalších odvětvích. K jedné z mála možností přepracování energosádrovce patří heterogenní nekatalyzovaný konverzní proces s uhličitanem amonným, kde dochází i k využití odpadního oxidu uhličitého, za vzniku dobře využitelných produktů, síranu amonného a uhličitanu vápenatého, který lze rovněž vracet do odsiřovacího procesu.

Vedoucí práce: Doc. Ing. Jan Vídenský, CSc.
Konzultant práce: Ing. Ivona Sedlářová, Ph.D.

Využití iontově selektivních membrán v úpravě pitných a odpadních vod

Elektrochemické membránové procesy jsou v současnosti intenzivně rozvíjená oblast průmyslu. Vedle standardních aplikací jako je výroba pitné vody z brakické jsou tyto metody pro svou jednoduchost a vysokou účinnost vhodné i pro úpravu odpadních a procesních vod. Vzhledem k specifickým vlastnostem membrán je však nutné posuzovat jednotlivé aplikace individuálně s ohledem na složení zpracovávané vody. Tématem práce je výběr vhodného procesu a jeho optimalizace pro konkrétní případy zpracovávaných vod.

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

Využití membrán při čistění bioplynu

Membránové procesy představují perspektivní a energeticky úspornější alternativu k některým v současnosti používaným separačním procesům. V rámci této práce budou vyvíjeny membrány pro čištění bioplynu od CO2 a dalších nežádoucích nečistot.

Vedoucí práce: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

z oblasti Charakterizace a testování materiálů

Kompositní materiály/povlaky na bázi TiO2 a ZnO pro fotokatalytické procesy v plynné fázi

Hlavní náplní práce je příprava fotokatalyticky aktivních kompositních materiálů na bázi TiO2 a ZnO a stanovení jejich adsorpčních a fotokatalytických vlastností. Cílem je získat materiál mající současně dobré adsorpční vlastnosti a současně i vysokou schopnost odbourávat nežádoucí těkavé látky ve vzduchu. Součástí práce bude využití standardních ISO testů pro sledování kinetiky oxidačních reakcí (NOx, VOC) na povrchu připravených fotokatalyzátorů. Významnou částí je charakterizace materiálů/povlaků (RTG, SEM, BET, Ramanova spektroskopie) a dále vývoj/ modifikace metod testování fotooxidačních vlastností připravených materiálů/povlaků pro účely čištění vzduchu.

Vedoucí práce: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa

z oblasti Elektrochemie

Elektrochemické metody úpravy procesních vod

Elektrochemické metody jsou pro svou jednoduchost a vysokou účinnost vhodné pro úpravu procesních vod. Hlavní nevýhodou je zpravidla vyšší cenová náročnost. Elektrochemické metody tak nalézají uplatnění především při úpravě silně zasolených ev. jinak kontaminovaných vod, kde biochemické postupy selhávají. Aplikace jednotlivých metod je třeba optimalizovat s ohledem na konkrétní složení zpracovávaných vod.

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

Matematické modelování elektrochemických systémů

Matematické modelování představuje výjimečně silný nástroj k hlubšímu pochopení funkce elektrochemických zařízení a k jejich následné optimalizaci. V rámci tohoto tématu se pozornost zaměří na matematický popis distribuce lokálních hodnot potenciálu a následně přenosu hmoty v elektrickém poli. Budou navrženy a implementovány matematické modely systémů s praktickým významem.

Vedoucí práce: Prof. Dr. Ing. Karel Bouzek

Vysoce efektivní elektrochemická redukce CO2 - nevyčerpatelný zdroj jednoduchých organických sloučenin

Elektrochemická redukce CO2 v "zero-gap" uspořádání představuje vysoce efektivní, a ve spojení s obnovitelnými zdoji energie také nevyčerpatelný zdroj jednoduchých organických sloučenin jako jsou kyselina mravenčí, formaldehyd či methanol, které v jsou základem řady zavedených chemických technologií. V rámci práce bude detailně řešena tématika redukce CO2 a optimalizace jednotlivých komponent elektrolyzéru (elektrody, katalyzátory, membrána, celková konstrukce) a jeho provozu.

Vedoucí práce: Prof. Dr. Ing. Karel Bouzek

z oblasti Elektrolýzy vody

Alkalická elektrolýza vody pro skladování energie

Alkalická elektrolýza vody je dnes nejvíce rozvinutou technologií elektrolytické výroby vodíku. Pro její začlenění do procesu skladování energie, je však nutné upravit její provozní parametry s ohledem na nárazový provoz. Vedle vývoje nových elektrodových katalyzátorů, iontově selektivních membrán je rovněž potřeba věnovat pozornost i vývoji konstrukce elektrolyzéru samotného.

Vedoucí práce: Prof. Dr. Ing. Karel Bouzek

Elektrolýza vody jako zdroj vodíku pro energetické účely

Elektrolýza vody představuje nedílnou součást vodíkové ekonomiky jako přístupu k budoucímu zabezpečení lidské společnosti elektrickou energií. Stávající průmyslově využívané technologie však trpí zásadními nedostatky. Zejména pak relativně nízkou energetickou účinností a omezenou flexibilitou. Proto je tomuto problému v současnosti věnována široká pozornost celé řady pracovišť. Mezi hlavní studované problémy patří kinetika elektrodových dějů, absence vhodných elektrolytů a omezená korozní stabilita konstrukčních materiálů. Významný problém představuje rovněž celkové uspořádání procesu.

Vedoucí práce: Prof. Dr. Ing. Karel Bouzek

Vysokoteplotní elektrolýza vody

Vysokoteplotní elektrolýza vody představuje moderní, vysoce perspektivní proces úzce spojený s problematikou optimalizace provozního režimu jednotek produkce elektrické energie, které jsou v současnosti využívány k regulaci zátěže distribuční sítě. Tato regulace je nezbytná vzhledem k narůstajícímu podílu nestabilních obnovitelných zdrojů připojitelných do distribuční sítě.

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

z oblasti Fotokatalýzy

Inaktivace mikroorganismů a odstraňování persistentních polutantů ve vodách pomocí pokročilých oxidačních procesů

Budou aplikovány systémy UV/peroxid vodíku (kontinuální dávkování nebo elektrochemická generace in situ) a UV/fotokatalyzátoru. Jako mikroorganismy budou studovány (samostatně nebo v kombinaci) gram-pozitivní bakterie (Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa) a gram-negativní (Enterococcus faecalis, Staphylococcus aureus). Ty se běžně vyskytují ve vodách a navíc modelují dobře mikroorganismy (Pseudomonas.. .a Staphylococcus...), které jsou i) často ve vodách bazénů ii) jsou odolnější vůči dezinfekci nebo iii) snadno vytvářejí biofilmy. K dosažení nejvyšší efektivity budou optimalizovány podmínky obou procesů. Procesy budou sledovány i z hlediska účinnosti pro odbourávání modelových polutantů vod.

Vedoucí práce: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa

Kompositní materiály/povlaky na bázi TiO2 a ZnO pro fotokatalytické procesy v plynné fázi

Hlavní náplní práce je příprava fotokatalyticky aktivních kompositních materiálů na bázi TiO2 a ZnO a stanovení jejich adsorpčních a fotokatalytických vlastností. Cílem je získat materiál mající současně dobré adsorpční vlastnosti a současně i vysokou schopnost odbourávat nežádoucí těkavé látky ve vzduchu. Součástí práce bude využití standardních ISO testů pro sledování kinetiky oxidačních reakcí (NOx, VOC) na povrchu připravených fotokatalyzátorů. Významnou částí je charakterizace materiálů/povlaků (RTG, SEM, BET, Ramanova spektroskopie) a dále vývoj/ modifikace metod testování fotooxidačních vlastností připravených materiálů/povlaků pro účely čištění vzduchu.

Vedoucí práce: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa

Samočistící a desinfikující povlaky na bázi TiO2 a ZnO

Hlavní náplní práce je příprava fotokatalyticky aktivních povlaků/ nátěrů na bázi TiO2 a ZnO aplikací různých metod na vhodných podkladech (např. keramika, sklo, kovy, omítky, betonové stěrky). Významnou částí je charakterizace filmů (RTG, SEM, Ramanova spektroskopie) a vývoj metod umožňujících testování fotooxidačních, hydrofilních a antibakteriálních vlastností připravených vrstev. Studovanými parametry budou především metoda nanášení prekurzoru (ponoření, stříkání), dále vliv pojiva a substrátu.

Vedoucí práce: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa

Získávání vodíku z vody slunečním světlem

Tématem práce je příprava polovodičových vrstev na bázi TiO2, WO3 a Fe2O3 pro fotoelektrochemický rozklad vody. Budou použity různé metody přípravy (sol gel, sprejování, pyrolýza), řada technik charakterizace (RTG, GDS, UV-VIS, BET, SEM) a stanoveny fotoelektrochemické vlastnosti (potenciál otevřeného obvodu, fotoproud). Jako podklad bude použito sklo s vodivou vrstvou fluorem dopovaného oxidu cíničitého. Pozornost bude věnována vlivu tloušťky vrstvy, porosity vrstvy a geometrického uspořádání. Nejslibnější vrstvy (stabilita, vysoké hodnoty fotoproudu) budou aplikovány v solárním fotoelektrochemickém článku a stanovena účinnost pro rozklad vody slunečním světlem na vodík a kyslík.

Vedoucí práce: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa

z oblasti Katalýzy

Katalytická transformace methanu na produkty vyšší užitné hodnoty

V současné době je věnována značná pozornost transformaci metanu popř. nižších uhlovodíků ze zemního plynu a bioplynu na produkty vyšší užitné hodnoty. Jedná se např. o procesy neoxidativní katalytické aromatizace metanu, selektivní oxidace metanu na metanol nebo dimethyl ether, apod. V rámci této práce bude vyvíjen vhodný katalyzátor pro vybraný proces. Bude studován vliv reakčních podmínek, vliv nosiče a procedury tvorby aktivní fáze na dosaženou konverzi methanu, stabilitu katalyzátoru a výtěžky produktů.

Vedoucí práce: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

Kinetika katalytického rozkladu N2O na zeolitických katalyzátorech

Předmětem práce je studium kinetiky rozkladu N2O na zeolitických katalyzátorech strukturních typů MFI, FER a titanosilikátech obsahujících Fe a další přechodové kovy. Práce bude zaměřena na kinetická měření s cílem vyvinout spolehlivý kinetický model vhodný pro návrh průmyslových zařízení.

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

Kinetika vysokoteplotního katalytického rozkladu N2O

Předmětem práce je studium rozkladu N2O na kovových oxidických katalyzátorech vhodných pro eliminaci N2O z reakčních plynů ve výrobě HNO3 (vlhké plyny s vysokou koncentrací NO o teplotě 750-900°C). Cílem této práce je vyhodnocení vlivu nosiče a struktury katalyticky aktivních oxidů na rozklad N2O na N2 a O2 při minimalizaci rozkladu přítomného NO. Pomocí kinetických měření bude dále studován i vliv ostatních složek přítomných v reálných reakčních plynech na stabilitu katalyzátoru.

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

Matematické modelování katalytického reaktoru pro oxidaci amoniaku s nízkými emisemi N2O

Předmětem práce je vývoj dynamického matematického modelu katalytického reaktoru vysokoteplotní katalytické oxidace amoniaku s použitím katalytických systémů umožňujících snížit emise N2O z výroben kyseliny dusičné. Ve srovnání s doposud používanými Pt-Rh katalyzátory. V rámci práce budou zpracovávána laboratorní a provozní data s cílem navrhnout průmyslový reaktor s nízkými emisemi N2O.

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

Membránový reaktor pro konverzi CO vodní parou

Vodík je důležitou chemickou surovinou, která nalezla uplatnění v řadě syntéz, při rafinacích a uplatňuje se i jako palivo. Konverze CO vodní parou (WGS) je jedním z kroků v řadě procesů výroby vodíku. Jedná se o rovnovážnou katalytickou reakci a předpokladem dosažení vysoké konverze je její realizace v membránovém reaktoru s kontinuálním odstraňováním některého z produktů. Náplní této práce bude vývoj a testování membránových reaktorů s membránou na bázi mikroporézních materiálů.

Vedoucí práce: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

z oblasti Matematického modelování a simulací

Matematické modelování chemických a membránových procesů v prostředí universálních simulačních programů

Univerzální simulační programy představují vhodný nástroj pro návrh nových a optimalizaci stávajících průmyslových technologií. V rámci této práce budou vyvinuty statické a dynamické modely vybraných pokročilých membránových nebo chemických technologií popř. jejich částí v prostředí univerzálních simulátorů umožňující studovat chování těchto technologií pomocí počítačového experimentu. Součástí práce bude verifikace vyvinutých modelů na základě provozních dat s cílem navrhnout změny (strukturální a parametrické) ve studované technologii sledující zlepšení ekonomických a ekologických ukazatelů.V práci budou využívány převážně univerzální simulační programy firmy Aspen Technology.

Vedoucí práce: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

Matematické modelování elektrochemických systémů

Matematické modelování představuje výjimečně silný nástroj k hlubšímu pochopení funkce elektrochemických zařízení a k jejich následné optimalizaci. V rámci tohoto tématu se pozornost zaměří na matematický popis distribuce lokálních hodnot potenciálu a následně přenosu hmoty v elektrickém poli. Budou navrženy a implementovány matematické modely systémů s praktickým významem.

Vedoucí práce: Prof. Dr. Ing. Karel Bouzek

Matematické modelování katalytického reaktoru pro oxidaci amoniaku s nízkými emisemi N2O

Předmětem práce je vývoj dynamického matematického modelu katalytického reaktoru vysokoteplotní katalytické oxidace amoniaku s použitím katalytických systémů umožňujících snížit emise N2O z výroben kyseliny dusičné. Ve srovnání s doposud používanými Pt-Rh katalyzátory. V rámci práce budou zpracovávána laboratorní a provozní data s cílem navrhnout průmyslový reaktor s nízkými emisemi N2O.

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

z oblasti Membránových aplikací

Matematické modelování chemických a membránových procesů v prostředí universálních simulačních programů

Univerzální simulační programy představují vhodný nástroj pro návrh nových a optimalizaci stávajících průmyslových technologií. V rámci této práce budou vyvinuty statické a dynamické modely vybraných pokročilých membránových nebo chemických technologií popř. jejich částí v prostředí univerzálních simulátorů umožňující studovat chování těchto technologií pomocí počítačového experimentu. Součástí práce bude verifikace vyvinutých modelů na základě provozních dat s cílem navrhnout změny (strukturální a parametrické) ve studované technologii sledující zlepšení ekonomických a ekologických ukazatelů.V práci budou využívány převážně univerzální simulační programy firmy Aspen Technology.

Vedoucí práce: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

Membránový reaktor pro konverzi CO vodní parou

Vodík je důležitou chemickou surovinou, která nalezla uplatnění v řadě syntéz, při rafinacích a uplatňuje se i jako palivo. Konverze CO vodní parou (WGS) je jedním z kroků v řadě procesů výroby vodíku. Jedná se o rovnovážnou katalytickou reakci a předpokladem dosažení vysoké konverze je její realizace v membránovém reaktoru s kontinuálním odstraňováním některého z produktů. Náplní této práce bude vývoj a testování membránových reaktorů s membránou na bázi mikroporézních materiálů.

Vedoucí práce: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

Příprava a charakterizace hybridních membrán pro separace plynů

Membránová separace plynů představuje jednu z perspektivních a energeticky úspornějších alternativ k některým v současnosti používaným separačním procesům (PSA, TSA apod.) V rámci této práce budou syntetizovány a charakterizovány hybridní membrány polymer-plnivo, které spojují výhody mikroporézních a polymerních membrán. Jako plniva bude využíváno mikroporézních materiálů na bázi ZIF-8, silikalitu-1, ETS, FAU, TS-1, AFX, MOF, které budou kombinovány s polymery na bázi polyimidů. Základním problémem při přípravě těchto materialů je zajištění mezifázové adheze plniva a matrice, neboť nedostatečná adheze snižuje pevnost a selektivitu membrány. Cílem práce je studium možností modifikace mirkoporézní fáze a polymeru tak, aby bylo dosaženo vysoké adheze polymer-plnivo. U připravených membrán bude studován vliv těchto modifikací na jejich separační vlastnosti v soustavách vybraných uhlovodíků, CO2 a H2.

Vedoucí práce: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

Využití iontově selektivních membrán v úpravě pitných a odpadních vod

Elektrochemické membránové procesy jsou v současnosti intenzivně rozvíjená oblast průmyslu. Vedle standardních aplikací jako je výroba pitné vody z brakické jsou tyto metody pro svou jednoduchost a vysokou účinnost vhodné i pro úpravu odpadních a procesních vod. Vzhledem k specifickým vlastnostem membrán je však nutné posuzovat jednotlivé aplikace individuálně s ohledem na složení zpracovávané vody. Tématem práce je výběr vhodného procesu a jeho optimalizace pro konkrétní případy zpracovávaných vod.

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

Využití membrán při čistění bioplynu

Membránové procesy představují perspektivní a energeticky úspornější alternativu k některým v současnosti používaným separačním procesům. V rámci této práce budou vyvíjeny membrány pro čištění bioplynu od CO2 a dalších nežádoucích nečistot.

Vedoucí práce: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

z oblasti Ochrany životního prostředí

Elektrochemické metody úpravy procesních vod

Elektrochemické metody jsou pro svou jednoduchost a vysokou účinnost vhodné pro úpravu procesních vod. Hlavní nevýhodou je zpravidla vyšší cenová náročnost. Elektrochemické metody tak nalézají uplatnění především při úpravě silně zasolených ev. jinak kontaminovaných vod, kde biochemické postupy selhávají. Aplikace jednotlivých metod je třeba optimalizovat s ohledem na konkrétní složení zpracovávaných vod.

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

Inaktivace mikroorganismů a odstraňování persistentních polutantů ve vodách pomocí pokročilých oxidačních procesů

Budou aplikovány systémy UV/peroxid vodíku (kontinuální dávkování nebo elektrochemická generace in situ) a UV/fotokatalyzátoru. Jako mikroorganismy budou studovány (samostatně nebo v kombinaci) gram-pozitivní bakterie (Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa) a gram-negativní (Enterococcus faecalis, Staphylococcus aureus). Ty se běžně vyskytují ve vodách a navíc modelují dobře mikroorganismy (Pseudomonas.. .a Staphylococcus...), které jsou i) často ve vodách bazénů ii) jsou odolnější vůči dezinfekci nebo iii) snadno vytvářejí biofilmy. K dosažení nejvyšší efektivity budou optimalizovány podmínky obou procesů. Procesy budou sledovány i z hlediska účinnosti pro odbourávání modelových polutantů vod.

Vedoucí práce: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa

Kompositní materiály/povlaky na bázi TiO2 a ZnO pro fotokatalytické procesy v plynné fázi

Hlavní náplní práce je příprava fotokatalyticky aktivních kompositních materiálů na bázi TiO2 a ZnO a stanovení jejich adsorpčních a fotokatalytických vlastností. Cílem je získat materiál mající současně dobré adsorpční vlastnosti a současně i vysokou schopnost odbourávat nežádoucí těkavé látky ve vzduchu. Součástí práce bude využití standardních ISO testů pro sledování kinetiky oxidačních reakcí (NOx, VOC) na povrchu připravených fotokatalyzátorů. Významnou částí je charakterizace materiálů/povlaků (RTG, SEM, BET, Ramanova spektroskopie) a dále vývoj/ modifikace metod testování fotooxidačních vlastností připravených materiálů/povlaků pro účely čištění vzduchu.

Vedoucí práce: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa

Samočistící a desinfikující povlaky na bázi TiO2 a ZnO

Hlavní náplní práce je příprava fotokatalyticky aktivních povlaků/ nátěrů na bázi TiO2 a ZnO aplikací různých metod na vhodných podkladech (např. keramika, sklo, kovy, omítky, betonové stěrky). Významnou částí je charakterizace filmů (RTG, SEM, Ramanova spektroskopie) a vývoj metod umožňujících testování fotooxidačních, hydrofilních a antibakteriálních vlastností připravených vrstev. Studovanými parametry budou především metoda nanášení prekurzoru (ponoření, stříkání), dále vliv pojiva a substrátu.

Vedoucí práce: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa

Využití iontově selektivních membrán v úpravě pitných a odpadních vod

Elektrochemické membránové procesy jsou v současnosti intenzivně rozvíjená oblast průmyslu. Vedle standardních aplikací jako je výroba pitné vody z brakické jsou tyto metody pro svou jednoduchost a vysokou účinnost vhodné i pro úpravu odpadních a procesních vod. Vzhledem k specifickým vlastnostem membrán je však nutné posuzovat jednotlivé aplikace individuálně s ohledem na složení zpracovávané vody. Tématem práce je výběr vhodného procesu a jeho optimalizace pro konkrétní případy zpracovávaných vod.

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

z oblasti Studia palivových článků

Studie degradačních dějů ve středněteplotním palivovém článku typu PEM

Pozornost celé řady světových pracovišť zabývajících se problematikou palivových článků typu PEM se snaží vyřešit problém zvýšení jejich provozní teploty na hodnotu vyšší než 100 °C. Veškeré dosud prakticky používané systémy jsou založeny na bázickém polymerním elektrolytu impregnovaném přebytkem kyseliny fosforečné. Jako katalytická vrstva pak slouží struktury založené na polymerem vázaných Pt částicích fixovaných na uhlíkovém nosiči. Zásadní nevýhodu tohoto uspořádání představuje vysoká korozní agresivita kyseliny fosforečné za používaných provozních teplot. Bližší pochopení a popis těchto dějů tak představuje klíčový problém pro další optimalizaci a budoucí aplikaci těchto systémů.

Vedoucí práce: Prof. Dr. Ing. Karel Bouzek