Studentská vědecká konference

V posledních letech je vzhledem ke zvyšujícímu se znečištění životního prostředí plasty vyvíjen čím dál větší tlak na řešení situace. V tomto ohledu mají potenciál biodegradabilní plasty nahradit stávající. Příkladem může být polymléčná kyselina (PLA), která je nejen biologicky odbouratelná, ale navíc je vyráběna z obnovitelných zdrojů. Mimoto je PLA jako jeden z mála biopolymerů schválena k aplikaci v medicíně.  Současným trendem výroby materiálů je také snaha o snížení spotřeby výchozích surovin a úsporu energie. Tyto možnosti nabízí vypěněné polymery, které jsou využívány např. jako izolanty, separační membrány, ke kultivaci tkání nebo kvůli svým výborným mechanickým vlastnostem (vzhledem k jejich hustotě).  V této práci jsem se zabýval přípravou a charakterizací mikrocelulárních polymerních pěn, které mohou vykazovat mnohem lepší vlastnosti než běžné polymerní pěny. PLA rozpouštěná v kyselině octové byla vypěněna netradiční metodou spinodální dekompozice. Je to poprvé, kdy byla PLA vypěna za použití kyseliny octové, která je díky své velmi nízké toxicitě zajímavou, ekonomicky přívětivou alternativou k toxickým rozpouštědlům. Nedílnou součástí této práce byl také návrh a úspěšná implementace kontinuálního chlazení u vypěňovací aparatury, a to za použití 3D tiskárny.

Tato práce se zabývá možností využití strojového učení, konktrétně neuronových sítí, pro popis chování systému tvořeného z kapek dekanolu v roztoku dekanoátu sodného. Cílem je zjistit, jestli je možné využít neuronovou síť pro popis takovéhoto systému. Z pokusů, kde budou kapky dekanolu umístěny na roztok dekanoátu sodného, získáme snímáním kamerou obrázky, ze kterých obrazovou analýzou získáme souřadnice kapek. Teplotu, koncentraci roztoku, čas od začátku pokusu a objem kapek známe. Tato data předáme jako vstup neuronové síti. Neuronová síť bude mít za úkol naučit se odhadovat, kde budou kapky v následujícím snímku. Cílem učení je minimalizovat rozdíl hodnot navržených neuronovou sítí od hodnot skutečných. Naučená síť může být použita pro odhad chování kapek pro ještě nevyzkoušené podmínky a bude možné získat závislost rychlosti, celkové uražené vzdálenosti, nejčastější relativní uspořádání případně nějaké další specifické chování, na teplotě, koncentraci, velikosti kapek, času od začátku pokusu a podobně.

  Velké množství chemických procesů je založeno na interakci fází v soustavě kapalina-plyn. Konkrétní požadavky kladené na danou interakci rozhodují o vhodné podobě průmyslové aparatury. Pro aplikace, kde je žádána velká mezifázová plocha kapalina-plyn, či intenzivní mezifázové sdílení hmoty (mechanické i chemické čištění plynů, sycení kapalin, rychlé heterogenní chemické reakce)  se vedle konvenčních aparátů stává rentabilní užívání ejektorového čerpadla, jehož hlavní přednosti spočívají v nízkých pořizovacích nákladech, jednoduchém a elegantním designu a absenci pohyblivých součástí ve styku s plynem, znamenající vyšší spolehlivost a menší náročnost na údržbu. Limitujícím faktorem v používání ejektoru jsou vysoké energetické nároky pro většinu aplikací. V této práci budou představeny některé modifikace ejektoru, umožňující vyšší efektivitu při užití ejektoru při aplikacích jako je čištění odplynů, kde hlavním kritériem optimality je celkové zpracované množství plynu vztažené na jednotku dodané energie. Kromě v současné době již známých modifikací, spočívajících v zařazení rotačního elementu před trysku, byl experimentálně studován také vliv dosud nezkoumaných variant, jako je destabilizace paprsku vody prostřednictvím expanze inertního plynu či smykovým třením o povrch trysky.

Liquid assisted grinding is becoming very popular nowadays, due to many advantages such as little amount of solvent and we can obtain new forms, not accessible with other solvent related methods. Purpose of this work is to obtain different polymorphs of API (active pharmaceutical ingredient) and observe factors that may have influence of polymorph forming, such as frequency and time of milling and amount of used solvent.

Plastic products are vastly present for example in packaging, electronics, automotive industry and constructions. Consequent plastic waste is treated by incineration or recycling. However, both of the treatments require pre-separation of plastics, which is still a challenging problem.  Current methods like manual separation, flotation or methods based on density differences aren’t sufficiently effective. The new promising method, triboelectric separation, originates in the idea that every plastic reaches different electrostatic charge and therefore plastic mixtures can be separated in electric field. In this work, we determined the key parameters affecting tribocharging (charging by friction) of common plastics (PP, PS, PET, PVC), and then examined the electrostatic separation. Charging the plastics using self-designed rotational tribocharger showed that the charging dynamics fastens with increasing rotational frequency and the saturation charge is proportional to applied mechanical pressure. We also observed that corona surface treatment significantly fastened following tribocharging. We further compared rotational tribocharging with vibrational one, as rotational tribocharging is well defined; however, vibrational one simulates better the desired industrial application.  

Polyethylen (PE) patří mezi plasty se širokou škálou použití. Jeho vlastnosti se pro průmyslové využití neustále vylepšují. Mechanické vlastnosti a chemickou odolnost polymeru ovlivňuje podíl krystalické fáze. Právě podíl krystalické fáze, tzv. krystalinita, a dynamický vývoj krystalinity během soprce byly pomocí diferenční skenovací kalorimetrie (DSC) studovány. Jedná se o experimentální metodu, při níž se zkoumají tepelné vlastnosti materiálu. Zahříváním materiálu dochází k fázovým přeměnám, které je možno mimo jiné detekovat a určovat teplotu a entalpii fázových přechodů. V této práci byla určena teplota a entalpie tání PE a z těchto hodnot byla následně vypočítána krystalinita jednotlivých vzorků. DSC se obecně považuje za jednoduchou a univerzální metodu s lehce interpretovatelnými výsledky. Tento předpoklad platí pouze u nízkomolekulárních látek a kovů. Při měření vysokomolekulárních látek jako je PE je nutné řešit řadu výzev (určení začátku fázových přechodů, šířka fázového přechodu, nehomogenita polymerních vzorků). Úpravou měřících postupů na DSC aparatuře jsme dokázali úspěšně pozorovat vliv sorpčních procesů ve vzorcích PE. Tyto výsledky rozšiřují poznatky v oblasti difúzních procesů v polymerních systémech.

Integrace obnovitelných zdrojů energie do elektrické sítě je celosvětově na vzestupu a nejinak tomu bude i v blízké budoucnosti. Chceme-li však plně přejít na tyto zdroje, nevyhneme se potřebě sezónního ukládání elektrické energie. V současnosti hojně propagované lithiové baterie nejsou ekonomicky vhodnou technologií pro dlouhodobou akumulaci elektrické energie a vodíkové hospodářství čelí technologické překážce v podobě skladování vodíku. Jedním z perspektivních kandidátů může být „zinková energetika“ na bázi chemie zinek-vzduch, jež jako elektroaktivní látky využívá kovový zinek a vzdušný kyslík. Toto řešení vyniká vysokou hustotou energie, nízkou cenou a využitím materiálů, které jsou málo toxické a dobře recyklovatelné. Před masivním rozšířením tohoto konceptu je ovšem nutné ověřit jeho technologickou způsobilost. V rámci prezentované práce jsou studovány děje probíhající při provozu zinko-vzduchového palivového článku sloužícího k uvolnění uložené energie ze zinkového paliva. K tomuto účelu byl zkonstruován laboratorní palivový článek, jehož funkčnost byla testována za různých experimentálních podmínek. Získané výsledky umožňují porozumět principu fungování palivového článku, díky čemuž může být navrženo řešení s vyšší účinností konverze chemické energie na elektrickou.

Cefalexin, beta-laktamové antibiotikum první generace cefalosporinů, patří k světově nejvíce předepisovaným léčivům. Specifické při jeho výrobě je, že enzymová syntéza cefalexinu je provázena následnou nežádoucí hydrolýzou produktu. Ta může být potlačena in situ odebíráním produktu, čímž se významně zvyšuje výtěžek reakce. Byly popsány různé způsoby zvýšení výtěžku cefalexinu, např. jeho in situ komplexací nebo snížením obsahu vody v reakčním médiu. Další možností je uskutečnění této syntézy v integrovaném mikrofluidním zařízení, kde zároveň probíhá separace produktu extrakcí s transportem zesíleným vloženým elektrickým polem. Aplikace mikrofluidních zařízení při syntéze látek s vysokou přidanou hodnotou představují slibnou alternativu v porovnání s klasickými vsádkovými reaktory, a to zvl. kvůli snížení transportních odporů, zajištění reprodukovatelných reakčních podmínek a možnosti vložení vnějších silových polí. Předmětem této práce je vytvoření matematického modelu vsádkové enzymové syntézy cefalexinu a identifikace hodnot kinetických parametrů pomocí experimentálně naměřených dat. Optimalizační procedurou byly nalezeny hodnoty rychlostních konstant. Sestavený model bude použit v další práci, která bude zaměřena na syntézu cefalexinu v průtočném mikroseparátoru-mikroreaktoru.  

Alternativní zdroje energie v podobě větrných elektráren a solárních panelů si v dnešní době upevňují svou pozici mezi klasickými zdroji energie, kterými jsou fosilní či jaderná paliva. Problémem alternativních zdrojů je však jejich oscilující výkon, který lze stabilizovat instalací stacionárních úložišť elektrické energie. Tím může být například vanadová redoxní průtočná baterie (VRPB), jejíž nespornou výhodou je obrovská variabilita, zejména nezávislá škálovatelnost výkonu a kapacity. Jednou z důležitých součástí této baterie je elektrolyt, který je tvořen vanadovými ionty rozpuštěnými v roztoku kyseliny sírové. Složení elektrolytu ovlivňuje důležité vlastnosti baterie jako je kapacita či energetické ztráty systému, tudíž přesná znalost koncentrace vanadových a síranových iontů v elektrolytu je nedílnou součástí vývoje technologie vanadových redoxních průtočných baterií. Tato práce se věnuje možnosti využití manganometrické titrace pro stanovení koncentrace a oxidačního stavu vanadových iontů v elektrolytu vanadové redoxní průtočné baterie a určení vlivů zkreslujících získané výsledky. Důvodem volby této kvantitativní analýzy je její nízká cena a snadná implementovatelnost pro vědecké i průmyslové použití.