Ústav anorganické technologie

Garantující pracoviště:	Ústav anorganické technologie
Studijní program/specializace:	Chemie a chemické technologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Tomáš Bystroň, Ph.D.

Anotace

Vysoce selektivní oxidace organických látek patří, zejména v případě látek s vysokou přidanou hodnotou, mezi velmi atraktivní procesy. V současné době jsou tyto reakce nejčastěji uskutečňovány pomocí oxidačních činidel obsahujících toxické ionty přechodných kovů jako je Cr(VI), Mn(VII), Ru(VI) či Os(VIII). Vhodnou ekologicky nezávadnou alternativu k těmto oxidantům představují organické látky obsahující ve své struktuře hypervalentní atom jódu. Tématem práce bude studium elektrochemického chování těchto látek a jejich prekurzorů s cílem využít elektrochemickou oxidaci při jejich produkci a umožnit tak rozšíření aplikace hypervalentních sloučenin jódu jako oxidačních činidel také do průmyslového měřítka.

Garantující pracoviště:	Ústav anorganické technologie
Studijní program/specializace:	Chemie a chemické technologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Martin Paidar, Ph.D.

Anotace

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.

Garantující pracoviště:	Ústav anorganické technologie
Studijní program/specializace:	Chemie a chemické technologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	prof. Dr. Ing. Josef Krýsa

Anotace

Získávání vodíku jako alternativního zdroje/nosiče energie je v současné době velmi významným a intenzivně studovaným procesem. Jednou z možností je jeho přímá produkce z vody pomocí slunečního světla. Významným proces je také odstraňování persistentních polutantů ve vodách pomocí pokročilých oxidačních procesů mezi které patří fotoelektrochemická oxidace. Tématem této disertační práce je příprava polovodičových fotoanod a fotokatod (např. WO3, BiVO4, CuO, CuFeO2, atd.) jak pro fotoelektrochemický rozklad vody tak pro fotoelektrochemickou odstraňování persistentních polutantů. Budou použity různé metody přípravy (aerosolová pyrolýza, sprejová pyrolýza,…), řada technik charakterizace (RTG, GDS, UV-VIS, BET, SEM) a stanoveny fotoelektrochemické vlastnosti (potenciál otevřeného obvodu, fotoproud, IPCE). Pozornost bude věnována vlivu složení, krystalické struktury, tloušťky a porosity vrstvy. Nejslibnější fotoanody a fotokatody budou aplikovány v tandemovém solárním fotoelektrochemickém článku a stanovena účinnost jak rozkladu vody tak odstraňování polutantů ve vodě slunečním světlem.

Garantující pracoviště:	Ústav anorganické technologie
Studijní program/specializace:	Chemie a chemické technologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	prof. Dr. Ing. Josef Krýsa

Anotace

Fotoelektrochemický systém zahrnující fotoanodu, fotokatodu, membránu a vhodné ox/red páry umožňuje konverzi sluneční energie na energii chemickou. Tématem této práce je výzkum možných systémů pro konverzi solární energie se zaměřením na vhodné materiály fotoanod a fotokatod a jejich kombinace s vhodnými elektrolyty. Součástí práce bude i příprava vybraných fotoanodových nebo fotokatodových materiálů (např. Fe2O3, ZnO, WO3, BiVO4, CuO, CuFeO2, atd.) a studium jejich chování při dlouhodobé fotoelektrochemické polarizaci. Budou použity různé metody přípravy (aerosolová pyrolýza, sprejová pyrolýza,…), řada technik charakterizace (RTG, GDS, UV-VIS, BET, SEM) a stanoveny fotoelektrochemické vlastnosti (potenciál otevřeného obvodu, fotoproud, IPCE). Pozornost bude věnována vlivu složení, dopace, krystalické struktury, tloušťky a porosity vrstvy.

Garantující pracoviště:	Slovenská technická univerzita v Bratislave Ústav anorganické technologie
Studijní program/specializace:	Chemie a chemické technologie ( výuka v českém jazyce , Double Degree )
Školitel:	doc. Ing. Jaromír Hnát, Ph.D. doc. Ing. Matilda Zemanová, PhD.

Anotace

Cílem projektu je vývoj katalyzátoru pro katodický vývoj vodíku v procesu alkalické elektrolýzy vody. Katalyzátor bude připraven s využitím galvanického pokovování vhodného substrátu. Připravovaný katalyzátor bude založen na neplatinových prvcích ze skupiny přechodných kovů s cílem dosažení co nejnižšího přepětí pro požadovanou reakci a vysoké stability za podmínek vylučování vodíku. Toho bude dosaženo optimalizací podmínek přípravy, složení výchozí směsi a typem podkladu pro vyloučenou vrstvu. Projekt se vedle vlastní přípravy vrstvy zaměří rovněž na charakterizaci připravených materiálů z fyzikálně-chemického a elektrochemického hlediska. Vhodný materiál bude použit jako katalytická vrstva na 3D elektrodě a testován za podmínek alkalické elektrolýzy vody.

Garantující pracoviště:	Ústav anorganické technologie
Studijní program/specializace:	Chemie a chemické technologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	prof. Dr. Ing. Vlastimil Fíla

Anotace

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.

Garantující pracoviště:	Ústav anorganické technologie
Studijní program/specializace:	Chemie a chemické technologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Jaromír Hnát, Ph.D.

Anotace

Alkalické technologie konverze energie představují jednu z možných cest zvýšení využití instalovaných obnovitelných zdrojů elektrické energie. Výhodou této technologie oproti konkurenčním přístupům je možnost využití neplatinových katalyzátorů. Nevýhodou je nižší dosahovaná intenzita produkce vodíku, či elektrické energie. Tato práce zahrnuje syntézu a optimalizaci nových katalyzátorů, jejich testování standardními technikami, ale také testování za komplexních podmínek v zařízení pro konverzi elektrické energie.

Garantující pracoviště:	Ústav anorganické technologie
Studijní program/specializace:	Chemie a chemické technologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Martin Paidar, Ph.D.

Anotace

Kyslíkem depolarizované elektrody mají zásadní význam v řadě elektrochemických aplikací. Vedle chemické výroby se stále více uplatňují i v energetických systémech, jako jsou palivové články a tzv. dýchací akumulátory. Tématem práce bude vývoj a optimalizace kyslíkových difuzních elektrod s ohledem na vlastnosti celého systému.

Garantující pracoviště:	Ústav anorganické technologie
Studijní program/specializace:	Chemie a chemické technologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	Ing. Roman Kodým, Ph.D.

Anotace

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 transportu elektrického proudu, hmoty, tepla apod. v elektrochemických nebo elektro-membránových systémech (palivové články, PEM elektrolýza, elektrodialýza, vysokoteplotní elektrolýza na pevných oxidech) a vyhodnocení mechanizmu a kinetiky elektrodových reakcí. Budou navrženy a implementovány matematické modely založené na PDE rovnicích pro systémy s praktickým významem.

Garantující pracoviště:	Ústav anorganické technologie
Studijní program/specializace:	Chemie a chemické technologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	prof. Dr. Ing. Vlastimil Fíla

Anotace

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.

Garantující pracoviště:	Ústav anorganické technologie
Studijní program/specializace:	Chemie a chemické technologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Martin Zlámal, Ph.D.

Anotace

Membránové separace nacházejí velmi široké uplatnění především v úpravě vody. Jejich další možnou aplikací je využití v chemickém průmyslu, kde se většinou pracuje s vysokými koncentracemi roztoků. Vyšší koncentrace roztoků však do procesu separace přináší řadu problémů, jako je například zpětná difuze, překročení hranice rozpustnosti či stabilita membrány. Pro aplikaci membránových procesů je tedy nutné tyto jevy a jejich vliv na vlastní proces membránové separace dobře popsat a mít tak možnost predikovat dlouhodobé chování systému.

Garantující pracoviště:	Ústav anorganické technologie
Studijní program/specializace:	Chemie a chemické technologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	prof. Dr. Ing. Josef Krýsa

Anotace

Znečištění vzduchu představuje významný problém, k jehož řešení lze výhodně využít fotokatalytické procesy. Náplní této disertační práce je příprava nových fotokatalyticky aktivních nanostrukturovaných materiálů na bázi TiO2 a stanovení jejich adsorpčních a fotokatalytických vlastností. Nanotrubice oxidu titaničitého připravených anodickou oxidací vykazují oproti planárním vzorkům větší aktivní plochu umožňující efektivnější odstraňování polutantů z plynné fáze. Bude sledován vliv modifikace nanotrubiček TiO2 a provozních parametrů (průtok, vlhkost a intenzita UV) na fotokatalytickou účinnost. Cílem je získat materiál mající vysokou schopnost odbourávat nežádoucí těkavé látky ve vzduchu. Součástí práce bude využití standartních 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.

Garantující pracoviště:	Ústav anorganické technologie
Studijní program/specializace:	Chemie a chemické technologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Jaromír Hnát, Ph.D.

Anotace

Polymerní iontově selektivní materiály nacházejí široké uplatnění v celé řadě technologií od ochrany životního prostředí, přes potravinářský průmysl až k průmyslové výrobě základních chemických látek. Zařízení pro konverzi energie představují jedno z nedávných, avšak stále významnějších odvětví, kde se polymerní iontově selektivní materiály mohou s výhodou využívat. Práce je zaměřena na fyzikálně chemickou i elektrochemickou charakterizaci vývojových typů polymerních iontově selektivních elektrolytů.

Garantující pracoviště:	Ústav anorganické technologie
Studijní program/specializace:	Chemie a chemické technologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	prof. Dr. Ing. Vlastimil Fíla

Anotace

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.

Garantující pracoviště:	Ústav anorganické technologie
Studijní program/specializace:	Chemie a chemické technologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	prof. Dr. Ing. Josef Krýsa

Anotace

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.

Garantující pracoviště:	Ústav anorganické technologie
Studijní program/specializace:	Chemie a chemické technologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Tomáš Bystroň, Ph.D.

Anotace

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 elektolytů a omezená korozní stabilita konstrukčních materiálů či recyklace drahých kovů. Významný problém představuje rovněž celkové uspořádání procesu.

Garantující pracoviště:	Ústav anorganické technologie
Studijní program/specializace:	Chemie a chemické technologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	prof. Dr. Ing. Josef Krýsa

Anotace

Tenké filmy polovodičů na bázi oxidů kovů (např. WO₃, Fe₂O₃, Fe₂TiO₅....) lze využít pro řadu fotoelektrochemických a sensorických aplikací. Na základě literární rešerše budou připraveny vybrané vrstvy polovodičů na bázi oxidů kovů a charakterizovány jejich materiálové (XRD, AFM, SEM), fotoelektrochemické (fotoproud, účinnost převodu fotonů na elektrony) a sensorické vlastnosti (měrný odpor). Optimalizované vrstvy budou využity jako sensory prto detekci látek plynných látek jako např. vodík, NO, NO2, acetaldehyd atd.

Garantující pracoviště:	Ústav anorganické technologie
Studijní program/specializace:	Chemie a chemické technologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	prof. Dr. Ing. Vlastimil Fíla

Anotace

V současné době je věnována značná pozornost transformaci oxidu uhličitého na produkty vyšší užitné hodnoty jako methan, lehké uhlovodíky, methanol a další. Jedná se např. o procesy methanizace, aromatizace, disproporcionace. Současně se hledají nové způsoby dodaní energie k aktivaci vazby C=O. 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 CO2, stabilitu katalyzátoru a výtěžky produktů. Bude studován i vliv struktury katalyzátoru na jeho aktivitu.

Garantující pracoviště:	Ústav anorganické technologie
Studijní program/specializace:	Chemie a chemické technologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Martin Paidar, Ph.D.

Anotace

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.

Garantující pracoviště:	Ústav anorganické technologie
Studijní program/specializace:	Chemie a chemické technologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Tomáš Bystroň, Ph.D.

Anotace

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 bazickém 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 uvolňování kyseliny fosforečné do katalytické vrstvy a její vysoká korozní agresivita za používaných provozních teplot. Vyřešení tohoto problému, stejně jako bližší pochopení degradačních dějů za zvýšených teplot, představují zásadní výzkumné cíle nezbytné pro další rozvoj a širší aplikaci těchto systémů.