Studentská vědecká konference

Titanová běloba je nejrozšířenějším anorganickým pigmentem na světě. Existují dva průmyslově používané způsoby její výroby, které se liší použitou technologií, zpracovávanou surovinou a tím i vznikajícími odpady. Ročně se vyrobí kolem 5,4 milionů tun TiO₂, což znamená i vznik velkého množství odpadů, které je nutné dále zpracovávat a minimalizovat tak jejich dopad na životní prostředí. V ČR se titanová běloba vyrábí sulfátovým procesem, při kterém v závislosti na složení vstupního ilmenitu vznikají mj. 2 - 4 tuny heptahydrátu síranu železnatého na jednu tunu TiO₂. Zelenou skalici je tak nutné dále přepracovávat na jiné využitelné produkty, v současnosti jsou to například  železité pigmenty, monohydrát síranu železnatého nebo látky sloužící k úpravě vody. Další možností zpracování by mohla být příprava síranu hořečnatého jako žádaného hnojiva s obsahem hořčíku, kde i zbylé sloučeniny železa lze účelně využít. Cílem této práce bylo provést úvodní studii zabývající se sledováním průběhu konverzní reakce síranu železnatého s oxidem hořečnatým. Prozatím byl sledován vliv použitého oxidu hořečnatého a způsob jeho dávkování.

Proces zvyšování velikosti částic je důležitá a v chemickém průmyslu velmi často využívaná operace. Pod tímto pojmem si můžeme představit řadu postupů, při nichž se prachové částice shlukují do větších celků. Alginátová granulace našla široké uplatnění v mnoha různorodých odvětvích, například v potravinářském průmyslu, při výrobě katalyzátorů, farmakologii a dalších. Technologie alginátové granulace spočívá v dávkování suspenze alginátu sodného s granulovanou látkou do granulačního media, kde jsou přítomné vápenaté kationty. Vzniklý alginát vápenatý vytváří nerozpustné gelové částice, které po vysušení tvoří přibližně sférické částice. Cílem provedených experimentů byla příprava sférických částic modelových látek, TiO₂ a Yb₂O₃, procesem alginátové granulace a jejich porovnání. Dalším cílem je, na základě provedených experimentů, optimalizovat poloprovozní granulační aparaturu.

Biochar (česky biouhel) je materiál organického původu, jehož charakteristickou vlastností je rozvinutá porezní struktura. Tento materiál vzniká termickým spalováním organických látek bez přístupu vzduchu. Je vyráběn především ze zbytkové a odpadní biomasy, kam patří například komposty, zvířecí odpady, dřevní hmota apod. Jeho nejdůležitější složkou je organický uhlík, který tvoří 50 – 90 % celkové hmotnosti.  Cílem měření bylo stanovit specifický povrch a distribuci objemu pórů vzorků biocharu vyrobených z různých materiálů. Podstata měření velikosti specifického povrchu tuhých látek spočívá v určení množství plynných molekul, potřebných k pokrytí měřeného povrchu monovrstvou. U vzorku biochar byly změřeny adsorpční izotermy pomocí adsorpce oxidu uhličitého při různých teplotách. Z těchto dat pak byl vypočten specifický povrch a určena adsorpční tepla jednotlivých vzorků pomocí isosterické metody. Z výsledků lze konstatovat, že s rostoucí teplotou pyrolýzy roste specifický povrch. Ovšem při dosažení maximální teploty dojde k uzavírání porézní struktury a specifický povrch začne klesat, což může být způsobeno postupnou kondenzací aromatických uhlíků do shluku blížící se grafitu.

Mezi nejdůležitější živiny v hnojivech řadíme dusík, protože jeho zdroje v půdě jsou minimální. Ke zvýšení hladiny využitelného dusíku v půdě se vyrábí řada hnojiv, přičemž mezi nejrozšířenější patří velmi žádaný dusičnan amonný. Jeho nevýhodou je výbušnost, hygroskopičnost a s tím související spékavost. Tyto negativní vlastnosti se omezují přídavkem vápence nebo dolomitu, které částečně reagují při mísení s taveninou dusičnanu amonného za vzniku nežádoucího produktu – dusičnanu vápenatého, případně dusičnanu hořečnatého. Rozsah této reakce se výrazně omezuje přídavkem rozpustných síranů. Tato práce se zabývá návrhem metodiky pro stanovení rozsahu reakce vápence, respektive dolomitu, s taveninou dusičnanu amonného. Množství zreagovaného vápence, respektive dolomitu, bylo určeno pomocí změny velikosti vyseparovaných zrn z vyrobeného hnojiva při porovnání s výchozím vzorkem vápence, respektive dolomitu. Získání ve vodě nerozpustného podílu bylo komplikováno použitím povrchové úpravy pomocí látky SK Fert, kterou bylo třeba pro stanovení velikosti částečně zreagovaných zrn vápence, respektive dolomitu, odstranit, z důvodu obtížné rozdružitelnosti tohoto zbytku.

V posledních desetiletích kromě konvenčních separačních metod nabývají na významu membránové separační technologie plynných směsí. Navzdory jejich značným výhodám je v současné době největším problémem omezený separační výkon membránových operací a udržení výkonu při dlouhodobém provozu. Další problémem je i relativně náročná výroba membránových materiálů, proto jsou neustále hledány a vyvíjeny nové materiály. Polymery, vzhledem k jejich vynikajícím fyzikálně-chemickým vlastnostem a zároveň možnosti výroby membrán větších rozměrů, jsou jedním z nejrozšířenějších materiálů používaných v této oblasti. Jejich separační anebo fyzikálně-chemické vlastnosti lze zlepšit zabudováním specifických anorganických mikro- nebo nano-částic do jejich matrice (takové kompozitní membrány nesou označení „mixed matrix membranes“, zkratka MMM). V rámci této práce byly metodou odlití z roztoku připraveny a studovány kompozitní membrány s oxidovaným grafenem, kde jako polymerní matrice bylo využito komerčního polyetherimidu Ultem 1100 nebo nekomerčního polyimidu 6FDA-DAM:DABA. Membrány na bázi Ultemu byly kromě metody odlití připraveny také pomocí metody inverze fází, která je vhodná pro případnou výrobu těchto materiálů ve formě dutých vláken s potenciální aplikací v průmyslovém měřítku.

Akumulácia perzistentných toxických zlúčenín v životnom prostredí predstavuje závažný problém súčasnosti.  Odstránenie týchto látok bežne dostupnými prostriedkami je neefektívne, a preto je potrebné hľadať prístupnejšie riešenia. Využitím fotokatalytických procesov je možné dosiahnuť úplnú degradáciu ťažko oxidovateľných látok. Medzi perspektívne materiály vo fotokatalýze patrí aj TiO₂. Vo svojej práci som sa zamerala na syntézu fotokatalyzátorov na báze TiO₂ s rôznym obsahom aktívneho uhlia a na stanovenie aktivity takto modifikovaných materiálov. Aktivita bola určená na základe odbúrania toluénu zo vzduchu v prietokovom reaktore (ISO norma 22197-3:2011(E)). Pre materiál s najvyššou aktivitou (23 % aktívneho uhlia) bol ďalej sledovaný vplyv vlhkosti vzduchu na odbúravanie toluénu. Namerané hodnoty boli porovnané s aktivitou štandardného fotokatalyzátoru P25.

V současné době je produkováno velké množství průmyslových sádrovců, z nichž největší zastoupení mají tzv. energosádrovce vznikající při odsiřování spalin z tepelných elektráren. Jejich produkce je vyšší než spotřeba, a tak část končí na skládkách. Je žádoucí nalézt další způsoby, jak tyto energosádrovce přepracovat na dále využitelné produkty. Jednou z možností je využití konverzní reakce s uhličitanem sodným, při které vzniká síran sodný používaný např. ve sklářství a uhličitan vápenatý, který lze vracet zpět do procesu odsiřování. Cílem této práce bylo provést a ověřit technologickou schůdnost uvedené reakce. Experimenty probíhaly v izotermním míchaném vsádkovém reaktoru nejprve s čistým dihydrátem síranu vápenatého a následně s energosádrovcem. Byl sledován průběh reakce a její teplotní závislost. Bylo zjištěno, že reakce jak s čistým sádrovcem, tak s energosádrovcem (z elektráren Tušimice a Počerady) probíhá se stoprocentní konverzí a velice rychle už při teplotě 25 °C. Jedná se tedy o energeticky nenáročnou technologii poskytující zajímavé produkty, která by mohla najít průmyslové uplatnění.

Práce se zabývá vlivy atmosférické expozice na fotokatalytické vlastnosti nátěrů. Na základě předchozích experimentů byly vybrány 3 materiály na bázi TiO₂ a následně byly v různém poměru aplikovány do vodou ředitelných akrylátových nátěrových hmot. Takto připravené nátěry byly poté vystaveny atmosférickým podmínkám. V průběhu expozice, trvající 17 měsíců, byla hodnocena schopnost vzorků se nešpinit. Sledovaným parametrem bylo vizuální pozorování a barevná diference ΔE. Nátěr obsahující materiál označený CG100 vykazoval výrazně menší zašpinění než nátěry s materiálem označeným CG11, který byl prakticky srovnatelný s nátěry obsahující jen neaktivní rutilový pigment. Fotokatalytické vlastnosti v závislosti na atmosférické expozici byly korelovány s výsledky zrychleného testu stárnutí v QUV panelu. V obou případech bylo zjištěno, že během expozice dochází k rozrušení pojiva a nárůstu povrchového množství TiO₂ využitelné pro fotokatalytické reakce. To se projevuje nárůstem fotokatalytické aktivity, jako je zvýšené množství odbouraných plynných polutantů.