Theses

Bachelor theses

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.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa
Thesis consultant: 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.

Thesis supervisor: Ing. Tomáš Bystroň, Ph.D.

research field: Catalysis

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.

Thesis supervisor: 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.

Thesis supervisor: Dr. Ing. Vlastimil Fíla
Thesis consultant: Ing. Milan Bernauer, 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.

Thesis supervisor: 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.

Thesis supervisor: 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.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Karel Bouzek
Thesis consultant: Ing. Jaromír Hnát, 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.

Thesis supervisor: Ing. Miloslav Lhotka, PhD.

research field: Electrochemistry

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.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Martin Paidar, 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.

Thesis supervisor: 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.

Thesis supervisor: 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.

Thesis supervisor: Ing. Martin Zlámal, Ph.D.

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.

Thesis supervisor: Ing. Tomáš Bystroň, 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.

Thesis supervisor: Ing. Martin Zlámal, 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.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Karel Bouzek
Thesis consultant: Ing. Jaromír Hnát, 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.

Thesis supervisor: Ing. Tomáš Bystroň, 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.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Martin Paidar, 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.

Thesis supervisor: Ing. Tomáš Bystroň, 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.

Thesis supervisor: Ing. Tomáš Bystroň, Ph.D.
Thesis consultant: Ing. Martin Prokop

research field: Environmental protection

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.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa
Thesis consultant: Ing. Šárka Paušová, 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.

Thesis supervisor: 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.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa
Thesis consultant: 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.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Bohumil Bernauer, CSc.

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.

Thesis supervisor: Ing. Ivona Sedlářová, 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.

Thesis supervisor: Ing. Jaromír Hnát, 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.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa
Thesis consultant: Ing. Michal Baudys, 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.

Thesis supervisor: 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.

Thesis supervisor: 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.

Thesis supervisor: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

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.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Martin Paidar, Ph.D.

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.

Thesis supervisor: Ing. Miloslav Lhotka, PhD.

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.

Thesis supervisor: Ing. Martin Zlámal, Ph.D.

research field: Fuel cells

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.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Martin Paidar, 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.

Thesis supervisor: 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.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Martin Paidar, Ph.D.
Thesis consultant: Ing. Jakub Mališ

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.

Thesis supervisor: Ing. Tomáš Bystroň, Ph.D.
Thesis consultant: Ing. Martin Prokop

research field: Inorganic technology

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.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa
Thesis consultant: 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.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Bohumil Bernauer, CSc.

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.

Thesis supervisor: Ing. Ivona Sedlářová, 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.

Thesis supervisor: Ing. Jaromír Hnát, Ph.D.

Přímá dekompozice metanu

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

Thesis supervisor: Dr. Ing. Vlastimil Fíla
Thesis consultant: 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.)

Thesis supervisor: Dr. Ing. Vlastimil Fíla
Thesis consultant: Ing. Miloslav Lhotka, PhD.

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.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Martin Paidar, Ph.D.

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.

Thesis supervisor: 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.

Thesis supervisor: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

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.

Thesis supervisor: Ing. Miloslav Lhotka, PhD.

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.

Thesis supervisor: Ing. Miloslav Lhotka, PhD.

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.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Jan Vídenský, CSc.

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.

Thesis supervisor: 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.

Thesis supervisor: Ing. Ivona Sedlářová, Ph.D.

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.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Jan Vídenský, CSc.

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.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Jan Vídenský, CSc.

research field: Material characterization and testing

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.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa
Thesis consultant: Ing. Michal Baudys, 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.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa
Thesis consultant: Ing. Šárka Paušová, 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.

Thesis supervisor: Ing. Ivona Sedlářová, 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.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Martin Paidar, 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.

Thesis supervisor: Ing. Jaromír Hnát, 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.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa
Thesis consultant: Ing. Michal Baudys, Ph.D.

Přímá dekompozice metanu

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

Thesis supervisor: Dr. Ing. Vlastimil Fíla
Thesis consultant: Ing. Milan Bernauer, 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.

Thesis supervisor: Ing. Martin Zlámal, 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.)

Thesis supervisor: Dr. Ing. Vlastimil Fíla
Thesis consultant: 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.

Thesis supervisor: 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.

Thesis supervisor: 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.

Thesis supervisor: Ing. Miloslav Lhotka, PhD.

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.

Thesis supervisor: 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.

Thesis supervisor: 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.

Thesis supervisor: 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.

Thesis supervisor: 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.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Karel Bouzek
Thesis consultant: Ing. Jaromír Hnát, 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.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Martin Paidar, 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.

Thesis supervisor: Ing. Miloslav Lhotka, PhD.

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.

Thesis supervisor: Ing. Tomáš Bystroň, Ph.D.

research field: Mathematical modeling and simulation

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.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Bohumil Bernauer, CSc.

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.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Bohumil Bernauer, CSc.

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.

Thesis supervisor: 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.

Thesis supervisor: Ing. Roman Kodým, 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.

Thesis supervisor: Ing. Roman Kodým, Ph.D.

research field: Membrane applications

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.

Thesis supervisor: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

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.

Thesis supervisor: Ing. Jaromír Hnát, Ph.D.

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.

Thesis supervisor: 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.

Thesis supervisor: 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.

Thesis supervisor: Ing. Miloslav Lhotka, PhD.

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.

Thesis supervisor: Ing. Roman Kodým, 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.

Thesis supervisor: Ing. Roman Kodým, 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.

Thesis supervisor: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

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.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Martin Paidar, Ph.D.

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.

Thesis supervisor: Ing. Miloslav Lhotka, PhD.

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.

Thesis supervisor: Ing. Tomáš Bystroň, Ph.D.

research field: Photocatalysis

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.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa
Thesis consultant: 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.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa
Thesis consultant: Ing. Michal Baudys, 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.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa
Thesis consultant: 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.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa
Thesis consultant: Ing. Michal Baudys, 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.

Thesis supervisor: Ing. Martin Zlámal, 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.

Thesis supervisor: Ing. Martin Zlámal, Ph.D.

research field: Water electrolysis

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.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Martin Paidar, 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.

Thesis supervisor: Ing. Jaromír Hnát, 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.

Thesis supervisor: Ing. Roman Kodým, 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.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Karel Bouzek
Thesis consultant: 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.

Thesis supervisor: Ing. Tomáš Bystroň, 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.

Thesis supervisor: Ing. Tomáš Bystroň, Ph.D.

Doctoral theses

research field: Catalysis

Catalytic transformation of methane to higher value products

The high attention on the processes of transformation of methane (C2, C3 hydrocarbons eventually) from natural gas or biogas to higher value products is paid at present time. The processes such as non-oxidative catalytic methane aromatization, selective oxidation to methanol or dimethyl ether are used. The suitable catalyst for chosen process will be developed. The effect of the reaction conditions, catalyst carrier and formation of active phase on catalyst on the methane conversion, catalyst stability and yield of products will be studied.

Thesis supervisor: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

Kinetics of catalytic decomposition of N2O on zeolite catalysts

The topic of this work is the study of kinetics of N2O decomposition on zeolitic (MFI, FER) and titano-silicates catalysts involving Fe and other transition metals. The work will be focused on kinetic experiments in aiminf to develop reliable kinetic model suitable for desing of industrial equipment.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Bohumil Bernauer, CSc.

Kinetics of high temperature catalytic decomposition of N2O

The objective of this work is to provide the missing knowledge base for rational optimization of different categories of potentially functional metal/metal-oxo catalysts for the secondary step of the N2O elimination from the high temperature stream of the production of nitric acid, i.e. in wet and NO-rich streams under temperature regime between 750 and 900 oC. The most important output of this work is to evaluate robust support structures with oxygen vacancies and metal ions of variable valency with ability for decomposition of N2O to molecular nitrogen and molecular oxygen without destruction of the NO. The kinetic analysis at high temperature conditions will be used to elucidate the role of other components of the process stream in kinetic behavior of the catalysts involving long term deactivation.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Bohumil Bernauer, CSc.

Mathematical modeling of N2O-free ammonia oxidation catalytic reactor

The topic of this work is the development of dynamic mathematical model of catalytic reactor for high temperature ammonia oxidation in which new catalysts are applied allowing to decrease substantially N2O emission from nitric acid plants in comparaison with existing Pt-Rh catalysts. Both laboratory and process data will be used in aiming to design industrial reactor giving low N2O emissions.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Bohumil Bernauer, CSc.

Membrane reactor for application in water gas shift reaction

Hydrogen is very important chemical raw material for many synthesis, refining or as a gas fuel. One step of hydrogen production is CO conversion by water vapour (WGS). It is equilibrium catalytic reaction and it has to take place in membrane reactor with continuous withdrawing of forming products. Scope of this work is development and testing of membrane reactors with membrane based on microporous material.

Thesis supervisor: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

research field: Electrochemistry

Electrochemical methods for process water treatment

Electrochemical methods are suitable for water treatment due its simplicity and high efficiency. Main disadvantage is usually high price. Therefore electrochemical methods are used in the case of water of high salinity or otherwise contaminated. This is not possible to be treated by biochemical methods. Application of individual method has to be evaluated with respect to the direct process water composition.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Martin Paidar, Ph.D.

Highly efficient electrochemical CO2 reduction -inexhaustable source of simple organic molecules

An electrochemical reduction of CO2 in "zero-gap" arrangementcan can be operated as a highly efficient process which in combination with renewable energy sources of represents an inexhaustible source of simple organic molecules such as formic acid, formaldehyde or methanol. These compounds represent basis of number of established technologies. Within the work, CO2 reduction will be investigated as well as individual components (electrodes, catalyst, membrane) of the electrolyser optimisation and its operation.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Karel Bouzek

Mathematical modelling of the electrochemical systems

Mathematical modeling represents an extraordinary powerful tool for deeper understanding of the electrochemical units function and their subsequent optimization. Within the framework of this project the attention will focus on the mathematical description of the local potential and current density distribution. Subsequently the problem of the mass transfer in an electric field will be studied. The models formulated will be implemented to simulate systems with a practical impact.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Karel Bouzek

research field: Environmental protection

Application of ion selective membranes in the treatment of drinking and waste water

Electrochemical membrane processes are permanently growing area. Beside today standard applications like drinking water preparation from brackish water, this processes are suitable also for treatment of various waste and process water. It is mainly due its simplicity and high efficiency. The specific properties of membranes needs individual approach respecting the composition of treated water. The subject of proposed work is selection, design and optimization of suitable process for given water.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Martin Paidar, Ph.D.

Composite materials/ coatings based on TiO2 and ZnO for photocatalytic processes in gaseous phase

The main aim of this work is the preparation of photocatalytic active composite materials based on TiO2 and ZnO and the determination of their adsorption and photocatalytic properties. The goal is to get the material having at the same time good adsorption properties and at the same time a high ability to remove unwanted volatile substances in the air. Part of the work will use the standard ISO tests for monitoring the kinetics of oxidation reactions (NOx, VOCs) on the surface of the prepared photocatalysts. The important part is the characterization of materials/coatings (XRD, SEM, BET, Raman spectroscopy) and further development of methods allowing the testing of functional properties of the prepared materials/coatings in air treatment.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa

Electrochemical methods for process water treatment

Electrochemical methods are suitable for water treatment due its simplicity and high efficiency. Main disadvantage is usually high price. Therefore electrochemical methods are used in the case of water of high salinity or otherwise contaminated. This is not possible to be treated by biochemical methods. Application of individual method has to be evaluated with respect to the direct process water composition.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Martin Paidar, Ph.D.

Inactivation of microorganisms and removal of persistent pollutants in waters by advanced oxidation processes

Systems UV/hydrogen peroxide (either continuously added or generated in situ electrochemically) and UV/photocatalyst will be compared. Several gram positive Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa and gram negative (Enterococcus faecalis, Staphylococcus aureus) microorganisms will be studied either separately or in the mixtures. All are commonly found in the waters and furthermore model well microorganisms (Pseudomonas …..and Staphylococcus……..) which are i) present often in the swimming pool waters ii) are more resistant to disinfectants or iii) create easily biofilms. Conditions of both processes will be optimised to achieve the highest efficiency. Processes will be used also for the removal of the model water pollutants. As a next step optimised systems will be applied for real waters.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa

Self-cleaning and antibacterial coating based on TiO2 and ZnO

The main scope of this work is preparation of photocatalytic active coatings/ paints based on TiO2 a ZnO on the appropriate substrate (ceramics, glass, metals, facades, hydraulic binders) by different methods. The important part of the work is films characterization (XRD, SEM, Raman spectroscopy) and development of methods for testing photoactivity and hydrophilic and antibacterial properties of prepared layers. Studied parameters will be the methods of precursor deposition (dip-coating, spraying) and the influence of the binder in the coating and the substrate.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa

research field: Fuel cells

Study of the degradation processes in the mid-temperature PEM type fuel cells

An attention of the numerous laboratories around a globe is focused on the issue of the PEM type fuel cells operational temperature increase above 100 ºC. The globaly accepted approach to solve this problem consists in application of basic polymers impregnated with phosphoric acid as an electrolyte and carbon supported Pt nanoparticles as an electrolyte. The main obstacle of this approach represents corrosion aggressivenes of the phosphoric acid at the fuel cell operational conditions. The closer understanding of these processes represents an important condition of further improvement of this technology and its future practical application.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Karel Bouzek

research field: Inorganic technology

Application of ion selective membranes in the treatment of drinking and waste water

Electrochemical membrane processes are permanently growing area. Beside today standard applications like drinking water preparation from brackish water, this processes are suitable also for treatment of various waste and process water. It is mainly due its simplicity and high efficiency. The specific properties of membranes needs individual approach respecting the composition of treated water. The subject of proposed work is selection, design and optimization of suitable process for given water.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Martin Paidar, Ph.D.

Application of membranes for biogas treatment

Membrane processes are very perspective. In this work the membranes for purification of biogas from CO2 and others impurities will be developed and tested.

Thesis supervisor: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

Catalytic transformation of methane to higher value products

The high attention on the processes of transformation of methane (C2, C3 hydrocarbons eventually) from natural gas or biogas to higher value products is paid at present time. The processes such as non-oxidative catalytic methane aromatization, selective oxidation to methanol or dimethyl ether are used. The suitable catalyst for chosen process will be developed. The effect of the reaction conditions, catalyst carrier and formation of active phase on catalyst on the methane conversion, catalyst stability and yield of products will be studied.

Thesis supervisor: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

Kinetics of catalytic decomposition of N2O on zeolite catalysts

The topic of this work is the study of kinetics of N2O decomposition on zeolitic (MFI, FER) and titano-silicates catalysts involving Fe and other transition metals. The work will be focused on kinetic experiments in aiminf to develop reliable kinetic model suitable for desing of industrial equipment.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Bohumil Bernauer, CSc.

Kinetics of high temperature catalytic decomposition of N2O

The objective of this work is to provide the missing knowledge base for rational optimization of different categories of potentially functional metal/metal-oxo catalysts for the secondary step of the N2O elimination from the high temperature stream of the production of nitric acid, i.e. in wet and NO-rich streams under temperature regime between 750 and 900 oC. The most important output of this work is to evaluate robust support structures with oxygen vacancies and metal ions of variable valency with ability for decomposition of N2O to molecular nitrogen and molecular oxygen without destruction of the NO. The kinetic analysis at high temperature conditions will be used to elucidate the role of other components of the process stream in kinetic behavior of the catalysts involving long term deactivation.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Bohumil Bernauer, CSc.

Mathematical modelling of chemical and membrane processes using universal simulation programs

Universal simulation programs introduce a tool suitable for design of new and optimization of existing industrial technologies. In the frame of this work the static and dynamic models of selected advanced membrane and/or chemical technologies or their parts will be developed using universal simulation programs. By the help of them and computer experiment the behavior of these technologies will be studied. Verification of developed models by experimental data will be implemented. Aim of the work is the improvement of economic and ecological technological parameters. The universal simulation programs from Aspen Technology will be used preferentially.

Thesis supervisor: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

Membrane reactor for application in water gas shift reaction

Hydrogen is very important chemical raw material for many synthesis, refining or as a gas fuel. One step of hydrogen production is CO conversion by water vapour (WGS). It is equilibrium catalytic reaction and it has to take place in membrane reactor with continuous withdrawing of forming products. Scope of this work is development and testing of membrane reactors with membrane based on microporous material.

Thesis supervisor: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

Preparation and characterization of mixed matrix membranes for gas separation

Gas membrane separation represents one of the perspective and energy saving alternative with respect to the present separation processes (PSA, TSA etc.). In the frame of this work the mixed matrix membranes combining the perspective properties of the both, microporous and polymeric membranes, will be prepared and characterized. The microporous material e.g. ZIF-8, silicalite-1, ETS, FAU, TS-1, AFX, MOF will be used as filler and combined with polyimide matrix. The key issue of mixed matrix membranes preparation which needs to be solved is the adhesion and interface interactions of filler and polymer because of their effects on compactness and selectivity of membrane. The aim of this study is evaluation of different possibilities of microporous and polymer phase modifications with respect to the compactness of membranes and their selectivity and permeability in selected systems of hydrocarbons, CO2 and H2.

Thesis supervisor: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

Study of the energygypsum reprocessing by converse reaction

The topic of this work is the chemical reprocessing of energogypsum. Energogypsum is produced during the wet desulfurization of coal-fired power plants and its production is higher than its usage is in building or another branches of industry. One of some possibilities there is the reprocessing of energogypsum by reaction with ammonium carbonate. This reaction represents a heterogeneous non-catalytic converse process that provides utilisable products – ammonium sulphate and calcium carbonate.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Jan Vídenský, CSc.
Thesis consultant: Ing. Ivona Sedlářová, Ph.D.

research field: Material characterization and testing

Composite materials/ coatings based on TiO2 and ZnO for photocatalytic processes in gaseous phase

The main aim of this work is the preparation of photocatalytic active composite materials based on TiO2 and ZnO and the determination of their adsorption and photocatalytic properties. The goal is to get the material having at the same time good adsorption properties and at the same time a high ability to remove unwanted volatile substances in the air. Part of the work will use the standard ISO tests for monitoring the kinetics of oxidation reactions (NOx, VOCs) on the surface of the prepared photocatalysts. The important part is the characterization of materials/coatings (XRD, SEM, BET, Raman spectroscopy) and further development of methods allowing the testing of functional properties of the prepared materials/coatings in air treatment.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa

research field: Mathematical modeling and simulation

Mathematical modeling of N2O-free ammonia oxidation catalytic reactor

The topic of this work is the development of dynamic mathematical model of catalytic reactor for high temperature ammonia oxidation in which new catalysts are applied allowing to decrease substantially N2O emission from nitric acid plants in comparaison with existing Pt-Rh catalysts. Both laboratory and process data will be used in aiming to design industrial reactor giving low N2O emissions.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Bohumil Bernauer, CSc.

Mathematical modelling of chemical and membrane processes using universal simulation programs

Universal simulation programs introduce a tool suitable for design of new and optimization of existing industrial technologies. In the frame of this work the static and dynamic models of selected advanced membrane and/or chemical technologies or their parts will be developed using universal simulation programs. By the help of them and computer experiment the behavior of these technologies will be studied. Verification of developed models by experimental data will be implemented. Aim of the work is the improvement of economic and ecological technological parameters. The universal simulation programs from Aspen Technology will be used preferentially.

Thesis supervisor: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

Mathematical modelling of the electrochemical systems

Mathematical modeling represents an extraordinary powerful tool for deeper understanding of the electrochemical units function and their subsequent optimization. Within the framework of this project the attention will focus on the mathematical description of the local potential and current density distribution. Subsequently the problem of the mass transfer in an electric field will be studied. The models formulated will be implemented to simulate systems with a practical impact.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Karel Bouzek

research field: Membrane applications

Application of ion selective membranes in the treatment of drinking and waste water

Electrochemical membrane processes are permanently growing area. Beside today standard applications like drinking water preparation from brackish water, this processes are suitable also for treatment of various waste and process water. It is mainly due its simplicity and high efficiency. The specific properties of membranes needs individual approach respecting the composition of treated water. The subject of proposed work is selection, design and optimization of suitable process for given water.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Martin Paidar, Ph.D.

Application of membranes for biogas treatment

Membrane processes are very perspective. In this work the membranes for purification of biogas from CO2 and others impurities will be developed and tested.

Thesis supervisor: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

Mathematical modelling of chemical and membrane processes using universal simulation programs

Universal simulation programs introduce a tool suitable for design of new and optimization of existing industrial technologies. In the frame of this work the static and dynamic models of selected advanced membrane and/or chemical technologies or their parts will be developed using universal simulation programs. By the help of them and computer experiment the behavior of these technologies will be studied. Verification of developed models by experimental data will be implemented. Aim of the work is the improvement of economic and ecological technological parameters. The universal simulation programs from Aspen Technology will be used preferentially.

Thesis supervisor: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

Membrane reactor for application in water gas shift reaction

Hydrogen is very important chemical raw material for many synthesis, refining or as a gas fuel. One step of hydrogen production is CO conversion by water vapour (WGS). It is equilibrium catalytic reaction and it has to take place in membrane reactor with continuous withdrawing of forming products. Scope of this work is development and testing of membrane reactors with membrane based on microporous material.

Thesis supervisor: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

Preparation and characterization of mixed matrix membranes for gas separation

Gas membrane separation represents one of the perspective and energy saving alternative with respect to the present separation processes (PSA, TSA etc.). In the frame of this work the mixed matrix membranes combining the perspective properties of the both, microporous and polymeric membranes, will be prepared and characterized. The microporous material e.g. ZIF-8, silicalite-1, ETS, FAU, TS-1, AFX, MOF will be used as filler and combined with polyimide matrix. The key issue of mixed matrix membranes preparation which needs to be solved is the adhesion and interface interactions of filler and polymer because of their effects on compactness and selectivity of membrane. The aim of this study is evaluation of different possibilities of microporous and polymer phase modifications with respect to the compactness of membranes and their selectivity and permeability in selected systems of hydrocarbons, CO2 and H2.

Thesis supervisor: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

research field: Photocatalysis

Composite materials/ coatings based on TiO2 and ZnO for photocatalytic processes in gaseous phase

The main aim of this work is the preparation of photocatalytic active composite materials based on TiO2 and ZnO and the determination of their adsorption and photocatalytic properties. The goal is to get the material having at the same time good adsorption properties and at the same time a high ability to remove unwanted volatile substances in the air. Part of the work will use the standard ISO tests for monitoring the kinetics of oxidation reactions (NOx, VOCs) on the surface of the prepared photocatalysts. The important part is the characterization of materials/coatings (XRD, SEM, BET, Raman spectroscopy) and further development of methods allowing the testing of functional properties of the prepared materials/coatings in air treatment.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa

Hydrogen generation from water using solar light

The issue of this work is preparation of semiconductor layers on the TiO2, WO3 and Fe2O3 base for photo-electrochemical hydrogen production by decomposition of water. Different methods of preparation (sol gel, spraying, pyrolysis) will be used and the resulting films will be characterised (XRD, GDS, UV-VIS, BET, SEM) and their photo-electrochemical properties (open circuit potential, photocurrent) evaluated. The glass with conductive layer of tin oxide doped by fluorine will be utilized as a support. The influence of layer thickness, layer porosity and geometric arrangement will be also studied. The best layers (stability, high values of photocurrent) will be used for solar photo-electrochemical cell and its efficiency for water decomposition to hydrogen and oxygen by sunlight will be determined.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa

Inactivation of microorganisms and removal of persistent pollutants in waters by advanced oxidation processes

Systems UV/hydrogen peroxide (either continuously added or generated in situ electrochemically) and UV/photocatalyst will be compared. Several gram positive Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa and gram negative (Enterococcus faecalis, Staphylococcus aureus) microorganisms will be studied either separately or in the mixtures. All are commonly found in the waters and furthermore model well microorganisms (Pseudomonas …..and Staphylococcus……..) which are i) present often in the swimming pool waters ii) are more resistant to disinfectants or iii) create easily biofilms. Conditions of both processes will be optimised to achieve the highest efficiency. Processes will be used also for the removal of the model water pollutants. As a next step optimised systems will be applied for real waters.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa

Self-cleaning and antibacterial coating based on TiO2 and ZnO

The main scope of this work is preparation of photocatalytic active coatings/ paints based on TiO2 a ZnO on the appropriate substrate (ceramics, glass, metals, facades, hydraulic binders) by different methods. The important part of the work is films characterization (XRD, SEM, Raman spectroscopy) and development of methods for testing photoactivity and hydrophilic and antibacterial properties of prepared layers. Studied parameters will be the methods of precursor deposition (dip-coating, spraying) and the influence of the binder in the coating and the substrate.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Josef Krýsa

research field: Water electrolysis

Alkaline water electrolysis for energy storage

Alkaline water electrolysis represents most developed process of electrolytic hydrogen production. For its use in energy storage systems it is necessary to modify its operational parameters for discontinuous run. Beside development of new electrocatalysts and ion selective membranes it is necessary to focus also on cell deign.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Karel Bouzek

High temperature water electrolysis

High temperature water electrolysis represents a modern technology closely related to the optimization of operational conditions of the traditional as well as novel high capacity power sources used nowadays to the stabilization of the electricity distribution grid. Stabilization requirement is caused by the strongly increasing capacity of the unstable renewable energy sources connected to the distribution grid.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Martin Paidar, Ph.D.

Water electrolysis as a hydrogen source for the energetics

Water electrolysis represents an important part of the hydrogen economy considered nowadays as a promissing approach to the future securing of the human society with electrical energy. Industrial water electrolysis processes established today suffer from several disadvantages when considering its application in the field of energetics. It is mainly its low efficiency and flexibility. Therefore, this process is a subject of interest of numerous research laboratories arround the globe. Electrode reaction kinetics, suitable polymer electrolytes and overall process design represent the main issues studied. Corrosion stability of the individual construction materials is also an issue.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Karel Bouzek