Studentská vědecká konference

V oblasti katalýzy se studují nové typy heterogenních, či enzymatických katalyzátorů, které by nahradily stále se využívající homogenní katalyzátory. Novou oblastí je využití bazických katalyzátorů v transesterifikačních, kondenzačních a aldolizačních reakcích. Cílem bude připravit mesitylen aldolovou kondenzací mesityloxidu s acetonem. V první části práce bude ověřena příprava s homogenním katalyzátorem s cílem o co nejvyšší konverzi mesityloxidu a selektivitu k mesitylenu. Následně se ve studované reakci vyzkouší 3 typy heterogenních katalyzátorů a provede se porovnání aktivity s homogenním katalyzátorem. Dalším krokem je seznámí se základními separačními a purifikačními postupy při separaci mesitylenu z produktů a jeho stanovení. Dále také vyhodnocení katalytických testů, stanovení konverze a selektivity a obeznámení s charakterizačními technikami používanými při charakterizacích heterogenních katalyzátorů: XRD, XRF, N2- fyzisorpce, Hg-porozimetrie, TPD.  

V současné době jsou nejběžnějšími komerčními katalyzátory pro hydrogenační zpracování středních destilátů katalyzátory na bázi sulfidů přechodných kovů (Mo, W, Ni a Co) podporované aluminou (Al₂O₃). Společné zpracování rostlinných olejů za účelem výroby biopaliv hydrorafinací však může vést k vyluhování síry a ke snížení jejich aktivity. Tato práce uvádí použití dvou wolframových bezsirných katalyzátorů (WC_x/Al₂O₃ a WN_x/Al₂O₃) pro hydrorafinaci atmosférického plynového oleje a jeho koprocesingu s řepkovým olejem (25% hmotn.). Testy byly prováděny v reaktoru s pevným ložem za standardních průmyslových provozních podmínek (330-350 °C; 5,5 MPa; WHSV = 1-2 h^-1). Pro vyhodnocení aktivity katalyzátoru byly analyzovány základní vlastnosti katalyzátorů čerstvě po reakci (XRD - Rentgenová difraktometrie), jakož i složení a vlastnosti produktu (hustota, síra, dusík, elementární analýzy). Celkově naše výsledky naznačují, že katalyzátor WNx je nejslibnějším materiálem, ve srovnání s odpovídajícím karbidem (WCx), jelikož vykazuje dobrou kombinaci stability, aktivity a vysoké přeměny triglyceridů na parafiny.  

V současné době jsou výrobci pohonných hmot podporováni evropskou legislativou hledat alternativní, udržitelné zdroje pro výrobu biopaliv s nízkou emisní stopou. Přídavkem hydrogenovaných rostlinných olejů do motorové nafty lze těchto cílů dosáhnout. Slabou stránkou rostlinných olejů jsou ale jejich nízkoteplotní vlastnosti, které omezují použitelnost paliva především v zimních měsících. V této práci je zkoumán vliv přídavku hydrogenovaných rostlinných olejů na kvalitu motorové nafty. Je motorové nafta s takto vysokým obsahem HVO vhodným palivem do dieselových motorů? Lze aditivací dosáhnout splnění legislativních požadavků na nízkoteplotní vlastnosti i ostatní normované parametry?

Námořní doprava se velkou měrou podílí na znečišťování životního prostředí. Z tohoto důvodu dojde od 1. 1. 2020 u námořních paliv k razantnímu snížení maximálního povoleného obsahu síry. Toto snížení lze nejjednodušeji řešit pomocí ředění konvenčních vysokosirných paliv vhodnou nízkosirnou složkou. Míchání dvou a více složek s sebou však přináší potenciální riziko nekompatibility, případně nestability výsledného produktu, zvláště v případě delšího skladování a přepravy ke koncovým spotřebitelům. Z výše uvedených důvodů se tato práce zabývá zmapováním alternativních surovin, které by bylo možné využít k produkci nízkosirných paliv (obsah síry do 0,5 % hm.) využitelných po roce 2020. Celkem bylo charakterizováno 5 surovin (1 konvenční topný olej a 4 alternativní suroviny). Jednotlivé suroviny byly porovnány s ohledem na kvalitativní vlastnosti požadované pro námořní paliva dle ISO 8217, byla rovněž posouzena vhodnost těchto surovin pro další míchání. Jednotlivé suroviny byly hodnoceny rovněž metodami charakterizujícími jejich stabilitu.  

Bio-olej (B-O) získaný pyrolýzou odpadní biomasy, např. slámy, představuje jednu ze slibných možností alternativních biopaliv druhé generace. Před tímto použitím je nezbytné zlepšit vlastnosti B-O tak, aby byl nejen mísitelný s uhlovodíky ale především termicky a oxidačně stabilní. Vizí projektu BioMates je, oproti všeobecnému trendu, stabilizace B-O pomocí hydrorafinace následovaná co-processingem tohoto produktu v ropné rafinérii. Tímto by mělo být dosaženo nejen snížení spotřeby vodíku nezbytného pro úpravu, ale navíc i využití jeho přebytků v rafinériích současně s využitím volných kapacit provozovaných jednotek. Destilační rozmezí stabilizovaného B-O je široké od nejlehčích benzínových po těžší vakuové frakce, kdy zbytek vroucí nad 360 °C je tuhý, tvoří přibližně třetinu vzorku a je nezbytné ho na rozdíl od zbylé části vzorku (46% naftové frakce) hydrokrakovat. Destilace je tedy nezbytným krokem před samotným co-processingem. Ačkoliv vsádková destilace stabilizovaného B-O je možná, testy mísitelnosti prokázaly změny ve složení nejtěžší frakce, způsobené dlouhodobým nadměrným tepelným namáháním. Hlavní náplní mé diplomové práce tedy bude optimalizace a následná aplikace molekulové destilace za účelem přípravy stabilizovaného B-O jako suroviny pro hydrokrakovací jednotku.

Bio-olej z pyrolytického rozkladu lignocelulózovej biomasy by mohol byť po náležitej úprave použitý ako biopalivo druhej generácie. Jeden z najväčších problémov znemožňujúci širšie použitie bio-oleja je jeho termo-oxidačná nestabilita vedúca k jeho starnutiu počas skladovania. Cieľom práce bolo simulovať skladovanie bio-oleja zo slamy a jeho hydrogenačne stabilizovaných produktov a pozorovať vplyv času skladovania na výsledné fyzikálno-chemické vlastnosti. Vzorky boli skladované v uzavretých fľašiach pri teplote 20 °C počas šiestich mesiacov. Viskozita a hustota hydrogenovaných produktov sa výrazne nemenila, zatiaľ čo u bio-oleja s časom došlo k viditeľnému nárastu hlavne viskozity. Nárast viskozity koreloval s úbytkom karbonylových zlúčenín a fenolov, ktoré podliehajú polykondenzačným reakciám, za vzniku vysokomolekulárnych zlúčenín a vody. Počas skladovania sa obsah karboxylových kyselín postupne mierne zvyšoval, pravdepodobne z dôvodu oxidačných reakcií. Napriek tomu, že za hlavného pôvodcu oxidačnej nestability sú považované aldehydy, ktoré v hydrogenovaných vzorkách prítomné nie sú, aj u týchto vzoriek bolo zaznamenané  postupné starnutie vedúce k úbytku karbonylov a fenolov, a miernemu nárastu viskozity, obsahu kyselín a vody.  

Biopaliva, často obsahující kyslíkaté látky, jsou v rámci evropské energetické politiky výrazně prosazována nejen kvůli snížení emisí skleníkových plynů, ale také z důvodu zvýšení své energetické soběstačnosti. Přítomnost kyslíkatých biokomponent v uhlovodíkovém palivu však ovlivňuje možnosti analýzy takového paliva, mimo jiné i interpretaci metody simulované destilace. Tato metoda plynové chromatografie, která je hojně využívána pro svoji schopnost rozsáhlé charakterizace destilačního profilu, má určité limitující faktory mající vliv na správnost výsledků, především při analýze paliv s obsahem kyslíkatých látek. Cílem této práce je experimentálně ověřit, do jaké míry ovlivňuje přítomnost kyslíkatých biokomponent výsledky simulované destilace, která je v některých případech používána jako schválená alternativa ke klasické destilační zkoušce.  

Zavádění alternativních paliv, např. bioethanolu, s sebou nese nečekané technické výzvy. Bioethanol se míchá s fosilními benziny a lze jej spalovat v zážehových motorech. Ropný benzin obsahuje pouze uhlovodíky, které s kovy nereagují. Benzin s vysokým obsahem ethanolu je ale vůči kovovým konstrukčním materiálům značně agresivnější. Jednou z možných metod ochrany kovů před degradací jsou inhibitory koroze. V prostředí lihobenzinových paliv se jako inhibitor koroze již dříve osvědčil diethylentriamin (DETA). Elektrochemické metody jako záznam volného potenciálu (OCP), měření spekter EIS a Tafelova analýza polarizačních křivek jsou vhodné pro studium koroze. Cílem této práce bylo ověřit na oceli tř. 11 inhibiční vlastnosti DETA při nízkých koncentracích. Testována byla modelová paliva E60 a E85 kontaminovaná demineralizovanou vodou s malým množstvím korozivních přísad. Vzorky byly aditivovány různými koncentracemi DETA. Měřilo se s krátkým (1 h) a dlouhým ustalovacím časem (24 h). Výsledkem těchto měření je velké množství dat, ze kterých byly vyhodnoceny veličiny jako korozní rychlost, korozní proud a potenciál nebo polarizační odpor. Byl potvrzen smíšený charakter inhibitoru koroze DETA. Vzhledem k použitým koncentracím inhibitoru byla vysoká efektivita inhibice překvapující.  

Výuka všech přírodovědných a technických oborů na školách se dlouhodobě potýká s klesajícím zájmem žáků, obzvláště znatelný je tento trend ve výuce chemie. Důsledkem nižšího zájmu žáků o výuku je zhoršení jejich výsledků a celkové snížení kvality výuky. Předmětem této práce je představení projektu „Tandemová výuka chemie na ZŠ Meziboří.“ Projekt vedený tandemem učitel a student VŠCHT vnáší do výuky řadu demonstračních pokusů k tématům probíraným dle RVP a u vhodných témat i laboratorní cvičení pro samotné žáky. Dále projekt umožňuje větší individualizaci výuky pro žáky dle jejich možností a schopností. Cílem projektu je zmíněnými změnami ve výuce umožnit žákům snazší pochopení přírodních jevů a zákonitostí, jakož i zvýšení zájmu žáků o jejich další studium. Pozorovatelným výsledkem bude zvýšení dobrovolné aktivity žáků ve výuce, zvýšení počtu žáků přihlášených ke studiu na přírodovědných a technických středních školách a v případě nejnadanějších studentů i účast na soutěžích, jako je např. Chemická olympiáda.