Studentská vědecká konference

Katalytická oxidace oxidu siřičitého na oxid sírový je významnou reakcí nacházející široké uplatnění v chemickém průmyslu. Rychlost reakce stejně jako celková konverze oxidu siřičitého významně závisí na teplotě. Vhodný návrh kontaktního reaktoru se systémem chlazení je proto klíčový k dosažení optimálního teplotního profilu a maximálního stupně konverze. Vzhledem ke svému průmyslovému využití byla tato reakce předmětem rozsáhlého vědeckého zájmu a pro její popis byla navržena řada kinetických rovnic. Cílem této práce bylo srovnání vybraných publikovaných kinetických rovnic popisujících tuto reakci a vytvoření modelu reaktoru, který bude následně použit při optimalizaci procesu výroby dodecylbenzensulfonátu sodného, v němž je oxid sírový využíván jako sulfonační činidlo.

Membránové procesy pro separaci plynů je v posledních dekádách dynamicky rozvíjející se obor, kterému je věnována významná pozornost ve výzkumné i průmyslové sféře. Ke stávajícím technologiím pro dělení plynných směsí nabízí membránová separace ekologicky a ekonomicky schůdnou variantu, slučitelnou s principy trvale udržitelného rozvoje. Separace směsí obsahujících oxid uhličitý a vodík jsou důležitou operací několika průmyslově významných technologií, jakými jsou například parní reforming, regenerace vodíku z rafinérských procesů nebo úprava syntézního plynu. Cílem této práce bylo připravit několik modulů s dutými vlákny a charakterizovat jejich separační vlastnosti. Porézní dutá vlákna z polysulfonového nosiče byla následně potažena tenkou dělící vrstvou polydimethylsiloxanu (PDMS). PDMS patří do skupiny kaučukovitých polymerů a vyznačuje se vysokou permeabilitou pro CO₂. Ze získaných dat byla stanovena selektivita, permeance CO₂ a stage cut. Připravené moduly byly dále porovnány s komerčním modulem s vlákny z čistého PDMS. Morfologie připravených vláken byla charakterizována metodami SEM a EDX.  

V současné době je značný problém s nedostatkem živin v půdách, které jsou nezbytné pro správný růst rostlin. Proto se vyrábí řada průmyslových hnojiv, která vyrovnávají tento deficit. Dusík řadíme mezi jednu z nejdůležitějších živin v hnojivech, protože jeho zdroje v půdě jsou omezené. Nejrozšířenější hnojiva obsahující dusík jsou na bázi dusičnanu amonného. Ten však má značné negativní vlastnosti (výbušnost, hygroskopičnost a s tím související spékavost), které se snažíme omezit přídavkem například vápence či dolomitu. Tyto příměsi ve výrobě částečně reagují při mísení s taveninou dusičnanu amonného za vzniku nežádoucího produktu – dusičnanu vápenatého, případně dusičnanu hořečnatého. Průběh této reakce se omezuje přídavkem kyseliny sírové, případně rozpustných síranů.  Tato práce se zabývá určením rozsahu reakce vápence s taveninou dusičnanu amonného. Jeho zreagované množství bylo určeno pomocí analýz kapalné i pevné fáze výchozích ve vodě rozpuštěných vzorků hnojiva. Do výpočtu je dále zahrnuto množství v kyselině dusičné nerozpustného zbytku přidávaného vápence.  

Biometan může být použit jak pro výrobu energie, tak jako surovina pro chemický průmysl. Současně používané techniky pro zvýšení čistoty biometanu, zaměřené zejména na odstranění CO₂ a sirných sloučenin, například absorpce a adsorpce, vyžadují velké množství energie a zařízení velkých rozměrů. Proto je v posledních desetiletích značný zájem o výzkum, vývoj a komercializaci membránových materiálů a technologií. Membránové čištění bioplynu je energeticky méně náročné než výše zmíněné techniky, ale jeho většímu rozšíření zatím brání obtížná a komplikovaná výroba membránových materiálů velkých rozměrů a snižování výkonu materiálů s časem.   V rámci této práce byly připraveny polymerní asymetrické kompozitní membrány, které se skládají z polyetherimidové nosné vrsty a tenkého polyimidového filmu na jejím povrchu. U připravených membrán byla provedena strukturní a materiálová charakterizace pomocí metod FTIR, SEM, TGA, DSC a byly stanoveny jejich separační vlastnosti v binární směsi CO₂/CH₄. Pro jednu vybranou membránu byla provedena studie vlivu času na její separační charakteristiky.  

Palivové články typu PEM představují perspektivní zdroj elektrické energie pro celou řadu aplikací, kde se uplatní některé z jejich výhod. Jejich provoz má ale i jistá technická omezení. Například pro zamezení degradace palivového článku mezi jednotlivými použitími je nutné přistoupit k inertizaci, tedy odstranění zbytků paliva z elektrodového prostoru. Tímto opatřením se zabrání vzniku prostředí, kde by mohlo docházet k nežádoucí degradaci katalyzátoru v průběhu odstávky. Zbytkový vodík, který by prodifundoval skrz membránu, by mohl zapříčinit vznik tzv. mikroexplozí. Tomu lze předejít právě proplachem inertním plynem, např. dusíkem. Zdrojem dusíku může být tlaková lahev, která však musí být doplňována. Vhodnějším řešením pro mobilní aplikace je separace dusíku ze vzduchu za pomoci membránového modulu. Cílem práce je posouzení vlivu čistoty dusíku použitého k inertizaci na rychlost poklesu napětí při konstantním proudu a tedy životnost palivového článku.

Průmyslově vznikající sádrovec je v současné době využíván především pro výrobu stavebních materiálů. Jeho další využití je z hlediska ekonomiky a ekologie příslušných výrob velmi významné. Pro využitelnost sádrovce je velmi podstatný zejména tvar a velikost vzniklých částic. Tyto základní vlastnosti jsou ovlivněny mnoha parametry. Ve své práci jsem se zabývala neutralizační reakcí kyseliny sírové uhličitanem vápenatým v přítomnosti zelené skalice, který simuluje proces zpracování odpadní kyseliny sírové při výrobě titanové běloby. Vzorky sádrovce byly připraveny při různých teplotách, koncentraci kyseliny sírové, koncentraci železnatých iontů a navážce uhličitanu vápenatého. Do izotermního vsádkového míchaného reaktoru bylo předloženo vždy 1,5 l roztoku kyseliny sírové a zelené skalice. Vytemperovaný roztok byl následně neutralizován uhličitanem vápenatým po dobu 2 hodin. Reakce byla ukončena oddělením vzniklého produktu od kapalné fáze podtlakovou filtrací. Vysušený produkt byl analyzován na optickém mikroskopu pro posouzení tvaru vznikajících částic, velikost byla měřena metodou laserové difrakce. Získané hodnoty byly použity pro porovnání a zhodnocení vlivu reakčních podmínek na tvar a velikost částic.