Studentská vědecká konference

Vlivem rostoucích nároků na snižování emisí skleníkových plynů jsou stále vytvářeny nové technologie, které tuto problematiku řeší. Jednou z nich jsou technologie CCS, jejichž principem je záchyt CO₂ ze spalin průmyslových technologií a jeho uložení pro potenciální budoucí využití. Technologie čištění spalin a záchytu CO₂ probíhají za vysokých teplot v korozně agresivních prostředích, které mohou být náročné pro kovové konstrukční materiály. Pro studia chování materiálů byly provedeny dvě expozice, první v prostředí oxidu uhličitého a druhá v argonu, u obou byla teplota 900 °C a doba expozice 500 hodin. Výsledky těchto expozic budou vyhodnoceny gravimetricky a metodami XPS, SEM a EDS. Následně budou zhodnoceny stavy povrchů exponovaných materiálů a jejich vhodnost a životnost v oblasti CCS technologii.

Ve své práci se zabývám kinetikou korozního chování oceli 800H v superkritické vodě. Korozní kinetika popisuje rychlost a průběh koroze studované oceli. V současné době má testování vlivu superkritické vody na korozi ocele velký význam a to především v jaderné energetice, neboť v budoucnu se plánuje využití reaktorů IV. generace, které jsou superkritickou vodou chlazené. V současnosti existují dvě hlavní metody měření rychlosti koroze. První možností je gravimetrie, která je založena na principu zvážení vzorku oceli před a po korozi. Toto měření je ovšem nepřesné vzhledem k tomu, že část zkorodované vrstvy se může například během experimentu odloučit. Druhou možností je elektrochemická impedanční spektroskopie (EIS), kdy se na elektrodách detekují elektrony probíhající korozní reakce. Výstupem tohoto měření je impedance vystihující odporové vlastnosti prostředí. Výsledné impedanční spektrum se dále zpracovává a vyhodnocuje. Výsledkem je pak náboj, z něhož se pomocí Faradayova zákona spočítá změna hmotnosti. Ta odpovídá přírůstku korozního produktu. Elektrochemická impedanční spektroskopie je ve srovnání s gravimetrií přesnější. Cílem mé práce je analýza a zpracování impedančního spektra a porovnání získaných dat pomocí obou metod.  

Při analýzách oxidických vrstev na slitinách zirkonia se Ramanova spektroskopie na VŠCHT Praha s úspěchem využívá již delší dobu. Metoda je rovněž používána jako doplňková metoda k elektrochemické impedanční spekroskopii. Další výzkum v této oblasti se zabývá zpřesňováním metodiky měření Ramanových spekter. Tato práce se zabývá analýzou oxidické vrstvy po rozpuštění kovového zirkonia ve směsi kyselin fluorovodíkové a dusičné. Cílem této práce je analyzovat oxidické vrstvy v různých vzdálenostech od rozhraní ropuštěný kov-oxid.

Vysoké koncentrace fosforu v povrchových vodách jsou dlouhodobým problémem, při úpravě vody pro různé účely je tedy potřeba hledat efektivní cesty pro jeho odstranění. Zároveň pak s narůstajícím nedostatkem zpracovatelných zásob fosforu je třeba tyto procesy navrhovat i s návazností na zpětnou těžbu fosforu zachyceného při úpravě. Pro všechny experimenty se používá aktivovaná alumina KA 402 v granulované formě. Pomocí dynamických kolonových experimentů je sledován vliv regeneračního roztoku (NaOH - 0,5 mol/l) a kondicionačních roztoků (HCl - 0,1 mol/l nebo voda nasycená oxidem uhličitým) na­ chemickou stabilitu sorbentu. Zároveň je sledována délka sorpčních cyklů a účinnost regenerace. Vstupní sorpční roztok má koncentraci 20 mg/l fosforečnanů, limitní koncentrace pro ukončení sorpční fáze je pak 0,5 mg/l. Kolony obsahují 10 ml sorbetu o velikosti částic ≥ 500 μm. Dále byly měřeny tlakové ztráty při průtoku kolonou v závislosti na zrnitosti sorbetu a pomocí rovnovážných vsádkových experimentů byl zjištěn vliv pH sorpčního roztoku na zachycené množství fosforečnanů.  

V jednom ze šesti navržených typů jaderných reaktorů IV. generace (SCWR) je předpokládáno použití superkritické vody jako chladícího média. Kvůli specifickým vlastnostem vody v superkritickém stavu (t >373 °C, p >22 MPa) je důležité najít materiály pokrytí jaderného paliva, které budou mít v daném prostředí dobré korozní a mechanické vlastnosti s nízkým záchytem neutronů. Byly provedeny in-situ korozní testy na slitinách 310S a 800H pomocí elektrochemické impedanční spektroskopie (EIS), což je metoda, která nám umožnuje stanovit korozní vlastnosti daných materiálů. Experimentální data byla vyhodnocena a byly získány parametry, odpovídající okamžité korozní rychlosti.  

V rámci materiálového výzkumu pro 4. generaci jaderných reaktorů a konkrétně pro jaderný reaktor chlazený superkritickou vodou (SCWR), se pro pokrytí paliva uvažuje především o korozivzdorných ocelích, neboť oxidy zirkonia neodolají extrémním teplotám a tlakům. V rámci mezinárodního projektu ECC-Smart je nejvíce pozornosti věnováno slitinám 310S a 800H. Ve své práci se zaměřuji na AFA úpravu oceli 310S. AFA-SS (Alumina forming austenitic stainless steel) je adaptace korozivzdorných austenitických ocelí, která obsahuje vyšší množství hliníku. Dvě hmotnostní procenta hliníku ve slitině podporují růst ochranné vrstvy oxidu hlinitého, která zvyšuje korozní odolnost a další chemicko-mechanické vlastnosti slitiny. Oxid chromitý má za vysokých teplot tendence se oxidovat na rozpustný chroman, oxid hlinitý je teplotně stálejší bez tendence k oxidaci. Slitina byla podrobena elektrochemické impedanční spektroskopii v nadkritickém autoklávu. Tato data byla následně vyhodnocena a poskytla nám užitečné informace o korozním chování v prostředí superkritické vody.

V rámci hierarchie nakládání s odpady, která je součástí politiky Evropské unie, je preferována recyklace nebo energetické využití vzniklého odpadu před skládkováním. Jeden ze způsobů zpracování odpadních kalů z čistíren odpadních vod představuje pyrolýza, během které dochází jak ke snížení objemu a hmoty odpadu, tak k termickém rozkladu organických polutantů, což umožňuje další materiálové využití produktů pyrolýzy. Předmětem zkoumání byl sušený stabilizovaný čistírenský kal a produkty pyrolyzního zpracování. V rámci práce byly stanoveny základní palivo-energetické vlastnosti a dále byla provedena analýza celkové síry v kalu a náležitých pyrolýzních produktech. Stanovení celkové síry bylo provedeno spalováním vzorků v kyslíkové atmosféře za vysokého tlaku v kalorimetru a následnou analýzou absorpčních roztoků obsahujících vzniklé sírany pomocí iontové chromatografie. Výsledky této metody byly porovnány s elementární analýzou provedenou přístrojem Flash EA 1112. Vysoké koncentrace síry byly zjištěny ve vzorcích pocházejících z výměníku (27,06 hm.%) a z filtru (52,65 hm.%). Příčiny tohoto jevu a stanovení různých forem síry v jednotlivých vzorcích kalu budou předmětem dalšího zkoumání.