Doktorské studium

Doktorské studium na Ústavu chemických procesů AV ČR

Seznam projektů pro rok 2010

Obory doktorského studia:

CHI - CHEMICKÉ INŽENÝRSTVÍ, FCH - FYZIKÁLNÍ CHEMIE, OCH - ORGANICKÁ CHEMIE

CHTOŽP - CHEMIE A TECHNOLOGIE OCHRANY ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ

OT - ORGANICKÁ TECHNOLOGIE, BT – BIOTECHNOLOGIE, CHT – CHEMICKÁ TECHNOLOGIE

ACH - ANORGANICKÁ CHEMIE, AT – ANORGANICKÁ TECHNOLOGIE

str.	*Školitel*	*Obor*	*Název projektu česky / anglicky*
1	Bendová M.	FCH	Fázové rovnováhy a termodynamické vlastnosti směsí obsahujících iontové kapaliny / Phase equilibria and thermodynamic properties of liquid mixtures containing room-temperature ionic liquids
2	Církva V.	OCH/OT	Fotochemie organických sloučenin v mikrovlnném poli / Photochemistry of organic compounds in the microwave field
3	Čermák J.	OCH/OT	Katalýza cyklopentadienylovými komplexy kovů ve fluorových prostředích / Catalysis by cyklopentadienyl metal complexes in fluorous media
4	Čermák J.	OCH	Syntéza [n]helicenů cykloizomerací enynů / Synthesis of [n]helicenes by cycloizomerization of enynes
5	Dřínek V.	FCH	Příprava nanostrukturovaných materiálů pomocí CVD / CVD assisted preparation of nanostructured materials
6	Fajgar R.	FCH	Příprava povrchově modifikovaných magnetických nanočástic pro aplikace v medicíně / Preparation of surface - modified magnetic nanoparticles for medical applications
7	Hanika J.	OT	Studium oxidace glycerínu v mikroreaktorech/ Investigation of glycerol oxidation in microreactors
8	Jiřičný V.	CHI	CFD simulace katalytických reakcí v mikroreaktorech /CFD Simulation of Catalytic Reactions in Microreactors
9	Jiřičný V.	AT	Studium sdílení hmoty v mikroreaktorech/Mass Transfer in Microreactors
10	Kaštánek F.	CHT	Chemické metody dekontaminace vodných roztoků kontaminovaných polybromovanými organickými látkami / Chemical methods of purification of water solutions contaminated by polybrominated organic compounds
11	Kaštánek F.	BT	Chemicko-inženýrské aspekty produkce bioaktivních komponent na bázi mikrořas / Chemical engineering aspects in production of bioactive components based on microalgae
12	Klusoň P.	OCH/OT	Využití molekulárních vzorů při tvorbě strukturovaných nanočástic / Utilisation of molecular templates in assembly of structured nanoparticles
13	Kuncová G.	BT	Bioluminiscenční bioreportéry pro konstrukci optických senzorů znečištění / Bioluminescent bioreporters for construction of optical sensors of pollution
14	Kuncová G.	BT	Organicko/anorganické nanostrukturované biokatalyzátory / Inorganic/organic nanostructured biocatalysts
15	Kuncová G.	CHTOŽP	Optický biosenzor pro včasnou detekci znečištění životního prostředí / Optical biosensor for a timely detection of environmental pollution
16	Linek J.	FCH	Stavové chování kapalin za zvýšených teplot a tlaků / State behaviour of liquids under elevated temperatures and pressures
17	Lísal M.	FCH	Molekulární a mesoskopické simulace iontových kapalin / Molecular and mesoscopic simulations of room-temperature ionic liquids
18	Moravec P.	CHI	Příprava nanočástic chemickou depozicí par v průtočném reaktoru / Preparation of nanoparticles by chemical vapor deposition in a flow reactor
19	Nezbeda I.	FCH	Obecné stavové rovnice tekutin z molekulárních principů a jejich aplikace na výpočet termofyzikálních vlastností směsí / General molecular-based equations of state and their applications to fluid mixtures
20	Nezbeda I.	FCH	Rozpustnost organických látek ve vodě / Solubility of organic compounds in water
21	Nezbeda I.	FCH	Termofyzikální vlastnosti tekutin za extrémních tlaků / Thermo-physical properties of fluids at extreme conditions
22	Pavlíček J.	FCH	Fázové rovnováhy v soustavách s chemickou reakcí / Phase equilibrium in reacting systems
23	Punčochář M.	CHTOŽP	Nové metody čištění generátorového plynu / New methods of producer gas cleaning
24	Růžička M.	CHI	Hydrodynamika probublávaných kolon / Hydrodynamics of bubble columns
25	Růžička M.	CHI	Granulární média / Granular media
26	Růžička M.	FCH	Modelování optimálních podmínek permeace bioplynu přes zakotvené membrány
27	Sovová H.	BT/OT	Enzymové reakce v superkritickém CO₂ / Enzymatic reactions in supercritical CO₂
28	Sovová H.	OT/CHI	Superkritická extrakce léčivých látek z rostlin a frakcionace extraktů / Supercritical fluid extraction and fractionation of mixtures of biologically active substances
29	Svoboda K.	CHTOŽP	Energetické využití odpadní biomasy s minimalizací plynných emisí / Energetic utilization of waste biomass with minimization of air pollutants production
30	Sýkora J.	CHTOŽP	NMR analýza aerosolových částic / NMR analysis of aerosol particles
31	Tihon J.	CHI	Diagnostika proudění v kanálech velmi malých rozměrů / Diagnostics of the flow in microchannels
32	Uchytil P.	FCH	Studium transportu kondenzujících par v pórech keramické membrány / Transport of condensable vapors in pores of inorganic membranes
33	Uchytil P.	FCH	Transport látek v polymerní membráně / Mass transport in polymeric membranes
34	Ždímal V.	CHI/FCH	Experimentální studium homogenní nukleace vody / Homogeneous nucleation of water – an experimental study
35	Ždímal V.	OT/CHI	Experimentální studium chování reálných aerosolů v plicích / Experimental study of the real aerosol behavior in the lungs

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA V OBORU

FYZIKÁLNÍ CHEMIE

Fázové rovnováhy a termodynamické vlastnosti směsí obsahujících iontové kapaliny

Školitel: Ing. Magdalena Bendová, Ph.D.

Termodynamická laboratoř E. Hály

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 165 02 Praha 6 – Suchdol

Iontové kapaliny jsou v poslední době centrem pozornosti nejrůznějších vědních odvětví. Jedná se o organické soli s teplotou tání zpravidla nižší než 100 °C, a které v mnoha případech tají i za teplot nižších než za teploty pokojové. Kromě toho mají téměř nulovou tenzi par a jsou tím pádem využitelné jako ekologičtější alternativy k těkavým organickým rozpouštědlům nebo jako rozpouštědla v procesech za nízkých tlaků až vakua. Díky velkému množství kombinací iontů lze nasyntetizovat sloučeniny selektivně rozpouštějící určité látky. Dále je lze použít jako mazadla, kapalné písty nebo jako koextrakční činidla (tzv. vyvlékávače) pro rozbití azeotropů při extraktivních destilacích a v neposlední řadě jako matrice a reakční média pro homogenní i heterogenní katalýzu.

Základní motivací této práce je získání termodynamických dat důležitých pro návrh a optimalizaci katalytických procesů, ve kterých se iontové kapaliny využívají jako nosiče katalyzátorů. S výhodou se totiž v těchto procesech využívá teplotních závislostí rozpustností iontových kapalin a rozpouštědel, ve kterých jsou rozpuštěny výchozí látky a reakční produkty. Reakce jsou vedeny za vyšších teplot, při kterých je celá směs homogenní a po skončení reakce je směs ochlazena na teplotu, při které se rozdělí na dvě fáze, z nichž jedna obsahuje iontovou kapalinu s katalyzátorem a druhá reakčni produkty. Spolehlivá znalost termodynamických vlastností vícesložkových směsí těchto sloučenin a zajména jejich fázové chování je proto nutná pro optimalizaci a design těchto procesů.

Cílem této doktorské práce bude naměření dat rovnováhy kapalina-kapalina v binárních a posléze i ternárních směsích obsahujících iontové kapaliny. Bude zkoumána jejich vzájemná rozpustnost s látkami používanými ve výše zmíněných katalytických procesech pomocí několika experimentálních metod. Rovnovážná složení kapalných fází jsou měřena objemovou metodou, rozpustnost iontové kapaliny je stanovována UV/VIS spektrofotometrickou analýzou, a kde to vlastnosti směsi dovolí, jsou takto naměřená data ještě ověřena zákalovou metodou. Tyto metody, kromě objemové, lze také použít pro studium vícesložkových, zejméná ternárních systémů

Získané výsledky budou nakonec popsány několika vhodnými termodynamickými modely a to jak klasickými (NRTL, Floryho-Hugginsova rovnice, empirické a stavové rovnice atp.), tak neklasickými „scaling-law“ modely tam, kde budou získána data v kritické oblasti kapalina-kapalina.

Doporučená literatura

Hefter, G., & Tomkins, R. (Eds.). (2003). The Experimental Determination of Solubilities. Chichester: John Wiley and Sons.

Novák, J., Matouš, J., & Pick, J. (1987). Liquid-Liquid Equilibria. Amsterdam: Elsevier.

Weir, R., & de Loos (Eds.). (2005). Measurement of the Thermodynamic Properties of Multiple Phases. Amsterdam: Elsevier.

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA V OBORU

ORGANICKÁ CHEMIE / ORGANICKÁ TECHNOLOGIE

Fotochemie organických sloučenin v mikrovlnném poli

Školitel: Dr. Ing. Vladimír Církva

Laboratoř procesů ochrany prostředí

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 165 02 Praha 6 – Suchdol

Projekt reprezentuje originální myšlenku z mezioborové oblasti uplatnění chemie za extrémních a neklasických podmínek. Idea spočívá v propojení dvou vědeckých oborů: tradiční fotochemie a nedávno vzniklé mikrovlnné chemie. Tato nová vědní disciplína byla nazvána mikrovlnná fotochemie. Zabývá se studiem vlivu ultrafialového (UV) a mikrovlnného záření na chemické a fyzikální vlastnosti molekul. UV záření je generováno zcela netypicky, přímo mikrovlnným polem pomocí tzv. bezelektrodové lampy.

Cílem projektu je základní výzkum vlivu mikrovlnného záření na průběh vybraných fotochemických reakcí (cis-trans fotoizomerace a fotocyklizace derivátů stilbenu), a to jak z hlediska ovlivnění její regioselektivity či mechanismu (deriváty [6]-helicenů), tak zároveň z důvodu vývoje zařízení pro tuto novou experimentální techniku. V rámci projektu budou navrženy nové bezelektrodové UV lampy (emitující v jiných vlnových délkách, než tradiční UV výbojky) a zkonstruován mikrovlnný fotoreaktor pracující jak ve vsádkovém, tak v kontinuálním režimu. Získané výsledky budou mít značný význam nejen pro rozšíření vědeckého poznání, ale rovněž naleznou uplatnění i v průmyslových fotochemických procesech či v metodách degradace nežádoucích polutantů životního prostředí.

Mikrovlnná laboratoř ÚCHP AV ČR patří mezi světově uznávaná pracoviště. Laboratoře jsou vybavené požadovanou mikrovlnnou technikou (originální a modifikované trouby: Milestone, Panasonic, Whirlpool) i fotochemickým zařízením (UV a bezelektrodové lampy, fotoreaktory, zařízení na měření kvantových výtěžků). Pro analytické účely jsou k dispozici vlastní přístroje: GC (HP5890), GC/MS (Focus DSQ, program Xcalibur), HPLC a UV spektrometry (Helios g, program Vision 32; USB2000). Spektra NMR (Varian 300) je možno měřit samostatně, servisem je zajišťováno měření na LC/NMR (Varian 500) spektrometru.

Uchazeč by měl být experimentálně zručný a prakticky obeznámený s organickou syntézou. Vítány jsou i určité teoretické znalosti z fotochemie či mikrovlnné chemie.

Doporučená literatura:

Klán P., Církva V.: Microwaves in Photochemistry. V knize: Microwaves in Organic Synthesis, 2nd Edition, kap. 19. (Loupy, A., Ed.), pp 860-897, John Wiley, Weinheim 2006.

Církva, V.; Vlková, L.; Relich, S.; Hájek, M.: J. Photochem. Photobiol. A: 179 (2006) 229.

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA V OBORU
Organická chemie/Organická technologie

Katalýza cyklopentadienylovými komplexy kovů ve fluorových prostředích

Školitel: Doc. Ing. Jan Čermák, CSc.

Oddělení organické syntézy a analytické chemie

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 16502, Praha 6 - Suchdol

Úvod

Komplexy přechodných kovů jako katalyzátory organických reakcí působící ve stejné (obvykle kapalné) fázi vykazují oproti heterogenním katalyzátorům řadu výhod. Na druhé straně jednou z jejich velmi podstatných nevýhod je náročnější oddělení katalyzátoru od produktů a jeho recyklace. Mezi moderní přístupy k řešení tohoto problému patří reakce ve fluorových bifázových prostředích, včetně varianty bez fluorového rozpouštědla a reakce v environmentálně benigním prostředí superkritického oxidu uhličitého (scCO₂). Obě metody přitom spojuje nutnost funcionalizovat ligandy používaných komplexních katalyzátorů polyfluorovanými substituenty, reakce ve fluorové fázi může být proto modelem pro reakce v scCO₂.

V naší skupině bylo ve spolupráci s kolegy na VŠCHT i PřF UK připraveno několik řad cyklopentadienylových ligandů obsahujících různý počet, složení a délku polyfluorovaných řetězců a řada jejich komplexů s přechodnými kovy s cílem potenciálního katalytického využití těchto komplexů [1-3 ]. Studium katalytických vlastností by nyní mělo být hlavním předmětem tohoto projektu doktorského studia.

Cíl projektu

Cílem projektu je detailně prostudovat katalytické vlastnosti fluorofilizovaných cyklopentadienylových komplexů dosud v naší skupině připravených, případně modifikovat jejich strukturu s cílem optimalizace katalytické aktivity. Cyklopentadienylové komplexy kovů jsou známými katalyzátory řady reakcí (např. hydrogenace, hydrosilylace, Dielsovy-Alderovy adice, cykloadice), po provedení počátečních orientačních experimentů bude proto patrně nutné soustředit se jen na několik vybraných modelových reakcí. Protože je k dispozici několik řad fluorofilizovaných cyklopentadienů, bude v těchto reakcích možné hledat vztah mezi způsobem fluorofilizace cyklopentadienylového ligandu a katalytickou aktivitou z něj připravených komplexů.

Ačkoli naše skupina již disponuje značným know-how při syntéze fluorofilních cyklopentadienů, projekt přesto bude zahrnovat syntetickou část, neboť komplexy je nutno znovu připravit, v některých případech jejich syntézu dále optimalizovat, případně modifikovat pro optimalizaci katalytické aktivity. Součástí práce tedy bude i syntéza a charakterizace získaných organických i organokovových látek.

Pracovní skupina je všestranně vybavena pro řešení navrženého projektu.

Profil uchazeče:

organický chemik, organický technolog, nejlépe se zkušeností v přípravě komplexů přechodných kovů
předpoklady k náročné experimentální práci v inertní atmosféře
alespoň základní znalost spektroskopických technik (především NMR) pro charakterizaci sloučenin

Literatura:

[1] J. Čermák, K. Auerová, H.T.T. Nguyen, V. Blechta, P. Vojtíšek, J. Kvíčala, Collect. Czech. Chem. Commun. 66 (2001) 382.

[2] J. Kvíčala, T. Bříza, O. Paleta, K. Auerová, J. Čermák, Tetrahedron 58 (2002) 3847

[3] J. Čermák, L. Šťastná, J. Sýkora, I. Císařová, J. Kvíčala, Organometallics 23 (2004) 2850.

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA V OBORU
Organická chemie

Syntéza [n]helicenů cykloizomerací enynů

Školitel: Doc. Ing. Jan Čermák, CSc.

Oddělení organické syntézy a analytické chemie

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 16502, Praha 6 - Suchdol

Úvod

Heliceny jsou neplanární aromatické látky složené z ortho-kondenzovaných benzenových kruhů, které jsou inherentně chirální. [1] Svým tvarem připomínají spirálu či pružinu. Jsou to perfektně konjugované plně aromatické systémy, u nichž byl předpovězen polovodivý i kovový charakter. Na rozdíl od řady planárních polykondenzovaných aromatických sloučenin jsou heliceny dobře rozpustné a stabilní, jsou vysoce modulární co se týče jejich délky, tvaru, substituce a zavedení heteroatomů. Jejich mimořádné vlastnosti je předurčují k využití v sofistikovaných aplikacích, zejména v molekulární elektronice a asymetrické katalýze. Širšímu uplatnění helicenů však stále brání jejich špatná syntetická dostupnost.

Cíl projektu

V naší laboratoři byl vypracován modulární přístup, který dovoluje heliceny připravovat nefotochemickou cestou. [2] Klíčovým krokem syntézy je cykloizomerace poměrně snadno dostupných prekurzorů katalyzovaná měkkými Lewisovými kyselinami (sloučeniny přechodných kovů) vedoucí k tvorbě až dvou aromatických kruhů v jednom kroku a následné výstavbě hexahelicenového skeletu.

Cílem projektu je rozšířit tuto metodu o asymetrickou verzi a dále pokusit se rozšířit možnosti syntézy na vyšší heliceny. Jednoduchá laboratorní příprava může mít značný význam pro rozvoj a využití helicenů v oblastech, které jsou na jejich snadné dostupnosti závislé.

Pracovní skupina je vybavena potřebným přístrojovým vybavením, stejně tak možností samostatného měření NMR spekter na přístroji Varian Mercury (300 MHz) a servisně je zajišťováno LC-NMR měření na spektrometru Varian Unity (500 MHz).

Profil uchazeče

Uchazeč by měl mít pokročilejší znalosti organické chemie a být obeznámený s využitím přechodných kovů v organické syntéze, dále by měl alespoň rámcově znát pokročilé chromatografické separační techniky. Vítány jsou základní znalosti spektrálních metod k charakterizaci organických sloučenin, především NMR a hmotnostní spektrometrie.

Literatura:

[1] A. Urbano, Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 3986.

[2] (a) J. Storch, J. Čermák, J. Karban, Tetrahedron Lett. 2007, 48, 6814; (b) J. Storch, J. Sýkora, J. Čermák, J. Karban, I. Císařová, A. Růžička, J. Org. Chem. 2009, 74, 3090.

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA V OBORU

FYZIKÁLNÍ CHEMIE

Příprava nanostrukturovaných materiálů pomocí CVD

Školitel: RNDr. Vladislav Dřínek, CSc.

Laboratoř laserové chemie

Oddělení aerosolových a laserových studií

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 165 02 Praha 6 – Suchdol

Nástup nanomateriálů se datuje od první přípravy uhlíkových nanotrubiček v polovině 90-tých let. Jedná se o různé nanoútvary (nanotrubičky, -pásky, -dráty –destičky apod.), jejichž rozměry nepřesahují 100 nm. Tyto nanoútvary jsou intenzivně studovány, protože vykazují velký měrný povrch a uplatňují se zde kvantové efekty, což je činí velmi zajímavými v elektronických, optoelektronických, katalytických i biomedicinských aplikacích.

Byly již připraveny a studovány jednotlivé elektronické elementy jako tranzistory či diody využívající uspořádaných polí nanodrátů z polovodičových materialů (C, Si, GaAs…). Rovněž v katalýze již byly testovány SiC nanotrubičky pro řízené odstraňováni sirovodíku z plynné atmosféry. Takto připravené depozity vyžadují technologickou proceduru sestávající z vice kroků. Je žádoucí tyto výrobní technologie redukovat, zjednodušovat a tím také zlevnit. Použití několika vhodně vybraných prekursorů by mohlo k tomuto záměru přispět. A především – je to rovněž cesta k přípravě nových strukturovaných nanoútvarů.

Ve skupině aerosolových a laserových studií již byly připraveny takové depozity pyrolytickou CVD z jednoho výchozího prekursoru. Jednalo se o nanodráty opatřené vnějším Si/C pláštěm, germaniovým vnitřím pláštěm a germaniovým jádrem [1]. Použití dvou a vice prekursorů podstatně otevírá dveře k přípravě takových složitějších nanostruktur.

Předpokládané doktorandské stadium se bude sestávat z těchto částí:

Zhotovení vhodné experimentální aparatury pro pyrolytické pokusy.
Pyrolytická dekompozice prekursoru germania a vybraných křemičitých prekursorů s požadovanými funkčními skupinami. Změnou experimentálních parametrů se budou modifikovat vlastnosti jednotlivých komponent příslušných nanoútvarů.
Analýza vzniklých depozitů dostupnými technikami (FTIR, UV-VIS a Ramanova spektroskopie, XRD, SEM, EDX, HRTEM).

Doktorand bude pracovat se skleněnými, vyhřívanými, vakuovými aparaturami a naučí se pracovat s analytickými technikami používanými ve skupině. Předpokládá se jistá experimentální zručnost a zájem o práci.

Literatura:

[1] Nanotechnology 20 (2009) 035606

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA V OBORU

FYZIKÁLNÍ CHEMIE

Příprava povrchově modifikovaných magnetických nanočástic pro aplikace v medicíně

Školitel: RNDr. Radek Fajgar, CSc.

Laboratoř laserové chemie

Oddělení aerosolových a laserových studií

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 165 02 Praha 6 – Suchdol

Magnetické nanočástice jsou nové materiály, které jsou v posledních letech objektem intenzivního výzkumu díky rozsáhlým možnostem aplikace a unikátním vlastnostem. Vzhledem k vysoké reaktivitě nanočástic železa, kobaltu a niklu je pro jejich aplikace nutná stabilizace polymerní, oxidickou, uhlíkovou nebo jinou ochrannou vrstvou. Takto obalené magnetické nanočástice jsou pak vhodné např. pro magnetické inkousty a tonery, jako záznamová média a v medicíně jako kontrastní látky pro magneticko-rezonanční vyšetřování, hypertermii nebo cílenou dopravu léčiv.

Použití magnetických nanočástic pro dopravu chemoterapeutik se intenzivně vyvíjí v posledních několika letech. Cílenou dopravou v magnetickém poli se podařilo dosáhnout až 70 procentního využití chemoterapeutik pro léčení tumorů. Aplikace této techniky v praxi by tak umožnila podstatně snížit dávky léčiv, používané v současnosti pro léčbu rakovinných nádorů. To by vedlo k omezení vedlejších negativních účinků, které jsou v souvislosti s léčbou pozorovány a které vyplývají z výrazných toxických vlastností chemoterapeutik.

V Ústavu chemických procesů AV ČR byly v posledních letech připraveny nanočástice kovů (Fe, Ni) a kovových slitin (FeCo), obalených uhlíkem. Uhlíkový obal, dokonale chránící magnetickou nanočástici před možným uvolněním a oxidací má velký povrch, který by bylo možné použít pro adsorpci léčiv a tím k jejich cílené dopravě do místa, kde se léčivo může desorbovat a účinkovat.

V navrhovaném doktorském studiu se předpokládá:

příprava obalených magnetických nanočástic železa, kobaltu (případně niklu) fotolýzou vhodných prekurzorů excimerovým ArF laserem. Jako prekurzor, vytvářející uhlíkový obal bude využit acetylen. Částečné nahrazení acetylenu jinými sloučeninami umožní modifikovat povrch uhlíkového obalu nanočástic za účelem zlepšení biokompatibility.
charakterizace připravených materiálů mikroskopickými, difrakčními a spektroskopickými technikami
měření velikosti povrchu částic metodou BET a studium adsorpce/desorpce nejvíce používaných chemoterapeutik - doxorubicinu a methotrexátu.

Uchazeč by se měl v rámci studia seznámit s experimentální prací s vakuovými linkami a aktivně zvládnout analytické techniky, které budou v průběhu práce použity.

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA V OBORU

Organická technologie

Studium oxidace glycerínu v mikroreaktorech

Školitel: Prof. Ing. Jiří Hanika, DrSc.

Oddělení separačních procesů

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 165 02 Praha 6 - Suchdol

Rostoucí požadavky na produkci bionafty znamenají zvýšenou produkci vedlejších produktů, z nichž zpracování glycerínu je středem zájmu řady výzkumných pracovišť. Cílem tohoto výzkumu je vývoj selektivních postupů pro zpracování glycerínu na komerčně žádané a hodnotné produkty. Jedním ze směrů intenzívně sledovaných jsou katalytické oxidace glycerínu. Produktem oxidace glycerínu je reakční směs obsahující širokou škálu sloučenin, jejichž poměr závisí na řadě operačních podmínek reakce a použitém katalyzátoru.Ve stávající fázi výzkumu jsou procesy realizovány především ve vsádkových reaktorech a kontinuaální výroby ve zkrápěných reaktorech.

Cílem tohoto projektu je zkoumání katalytické oxidace glycerínu v mikroreaktorech se zřetelem na maximalizaci konverze a selektivity procesu na žádaný produkt.Mikroreaktory díky velkému poměru mezifázové plochy a reakčního objemu poskytují mimořádné možnosti z hlediska přesné kontroly operačních podmínek (jako je teplota, tlak, střední doba prodlení), tím i větší bezpečnost provedení procesu i za extrémních podmínek (vysoké teploty a tlak) a vysokou konverzi a selektivitu reakce při jednom průchodu aparátu. Nezanedbatelnou výhodou zejména ve fázi výzkumu je rychlost provedení experimentu a malá spotřeba surovin.

V rámci práce bude experimentálně studována katalytická oxidace glycerínu v různých typech mikroreaktorů, vliv operačních podmínek (teploty, tlaku, složení vstupní suroviny a střední doby prodlení) na konverzi a selektivitu přeměny glycerínu na žádané produkty při použití různých kartalyzátorů. Středem pozornosti bude kinetika a mechanismus sledovaných reakcí a porovnání výsledků s publikovanými daty získanými na konvečních makroaparátech.

Projekt je technicky a přístrojově zabezpečen. Tématicky navazuje na výzkum řešený v našem týmu v rámci evropského grantu a bude pokračovat v nových grantových projektech.

U kandidáta se předpokládá schopnost zpracování rešerše zahraniční literatury v dané problematice (nutnost aktivní znalosti anglického jazyka) a vyhodnocení publikovaných poznatků, zručnost, zkušenost a zájem o experimentální práci a sběr dat (Labview).

Doporučená literatura:

Pagliaro, M., et al., From glycerol to value-added products. Angewandte Chemie-International Edition, 2007. 46(24): p. 4434-4440.

Sangtae Kim, Seppo J. Karrrila: Microhydrodynamics, Principles and Selected Applications,, Dover Publications, INC, Mineola, New York, 2005.

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA V OBORU

CHEMICKÉ INŽENÝRSTVÍ

CFD simulace katalytických reakcí v mikroreaktorech

Školitel: Ing.Vladimír Jiřičný, CSc.

Školitelé specialisté: Ing. Jaromír Havlica, Ph.D., Ing. Miroslav Šimčík, Ph.D.

Oddělení separačních procesů

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 165 02 Praha 6 - Suchdol

Jedním z posledních trendů v chemickém inženýrství je intenzifikace procesů za pomoci využití mikrostrukturovaných zařízení. Příkladem může být například intensifikace oxidace SO₂ pro výrobu kyseliny sírové. Jedná se o jednu s největších chemických výrob a i relativně malé zlepšení výrobního procesů může mít za následek dramatické úspory v provozních nákladech.

Při návrhu chemických reaktorů se již delší dobu s výhodou používají numerické simulace (Computational Fluid Dynamics, CFD), neboť tak lze výrazně zkrátit dobu potřebnou pro návrh a výrobu reaktoru. V případě využití mikroreaktorů vstupuje do hry i vlastní geometrie zařízení, protože zcela zásadním způsobem určuje charakter proudění a tím ovlivňuje chování celého systému. CFD simulace chemických reakcí v mikroreaktorech musí tedy brát v potaz jak parametry reakce (typ katalyzátoru, kinetiku) tak i parametry mikroreaktoru (charakteristické rozměry, typ proudění). Vzhledem k vysokým pořizovacím nákladům experimentálních mikroreaktorů může dobře navržená simulace výrazně ušetřit čas potřebný k návrhu zařízení, ale také finanční prostředky vynaložené na nezbytné experimenty.

V rámci práce bude studována chemická reakce v plynné fázi za přítomnosti heterogenního katalyzátoru, vliv operačních podmínek (teploty, tlaku, složení vstupní suroviny) na konverzi a selektivitu reakce se zřetelem na parametry reaktoru (geometrie, charakter proudění, střední doba prodlení). Středem pozornosti bude matematické modelování přestupu hmoty a tepla s využitím CFD simulací a porovnání výsledků s experimentálními a publikovanými daty.

Projekt je technicky a přístrojově zabezpečen. Tématicky navazuje na výzkum řešený v našem týmu v rámci evropského grantu a bude pokračovat v nových grantových projektech.

U kandidáta se předpokládá schopnost zpracování rešerše zahraniční literatury v dané problematice (nutnost aktivní znalosti anglického jazyka) a vyhodnocení publikovaných poznatků a zejména zájem o matematické modelování a programování (Fluent, Matlab).

Doporučená literatura:

Versteeg H.K., Malalasekera W., An Introduction to Computational Fluid Dynamics, Pearson-Prentice Hall, ISBN 0-582-21884-5, 1995.

Ferziger J.H., Peric M., Computational Methods for Fluid Dynamics, Springer, ISBN 3-540-42074-6, 2002.

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA V OBORU

Anorganická technologie

Studium sdílení hmoty v mikroreaktorech

Školitel: Ing. Vlastimil Fila, CSc.¹

Školitel specialista: Ing. Vladimír Jiřičný, CSc.²

¹ Vysoká škola chemicko-technologická,166 28 Praha 6 - Dejvice

² Oddělení separačních procesů, Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 165 02 Praha 6 - Suchdol

Výzkum a vývoj mikroaparátů prochází intenzívním obdobím akcelerovaným pokrokem materiálového inženýrství a nových sofistikovaných technologií. Tyto faktory umožňují uspokojit nároky výzkumu jak z hlediska přesnosti výroby mikroaparátů, tak i jejich chemické a mechanické odolnosti.

Přes významné pokroky ve výzkumu mikroaparátů a řady jejich průmyslových aplikací (jako mikromísičů plyn-plyn nebo plyn-kapalina, tepelných výměníků, analytických senzorů, apod.) není poznání hydrodynamiky dvoufázového toku a sdílení hmoty mezi fázemi v mikroreaktorech stále na požadované úrovni.

Cílem předkládaného projektu je vypracování metodiky pro sledování sdílení hmoty při dvoufázovém toku kapalina-plyn v mikroaparátech různého typu. Hlavní zaměření práce bude orientováno na oblast Taylorova toku v kapiláře různého tvaru průřezu a trajektorie. Tento případ je významný pro aplikace heterogenně katalyzovaných chemických a elektrochemických reakcí.

Předmětem práce bude vypracování metodiky měření koeficientu přestupu hmoty ve dvoufázovém systému kapalina-plyn, vypracování matematického popisu sledovaného děje a kritické porovnání s publikovanými výsledky v literatuře.

Projekt je technicky a přístrojově zabezpečen. Tématicky navazuje na výzkum řešený v našem týmu v rámci evropského grantu a bude pokračovat v nových grantových projektech.

Nedílnou součástí tohoto projektu jsou jak teoretické, tak experimentální práce. Experimentální zručnost a preciznost je proto vedle znalosti chemického inženýrství, matematického modelování procesů a práce s počítačem nutnou devizou uchazeče o toto studium.

Literatura:

Volker Hessel, Steffen Hardt, Holger Löwe, Chemical Micro Process Engineering – Fundamentals, Modelling and Reactions, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2004.

Robert J. Kee, Michael E. Coltrin, Peter Glarborg, Chemically Reacting Flow: Theory and Practice,Wiley, 2003.

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA v OBORU

CHEMICKÁ TECHNIKA

Chemické metody dekontaminace vodných roztoků kontaminovaných polybromovanými organickými látkami

Školitel: Prof.Ing.František Kaštánek, DrSc

Oddělení nových procesů v chemii a biotechnologií

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 165 02 Praha 6 - Suchdol

Zdůvodnění:

Polybromované látky, např. polybromované difeny ethéry, PBDE) jsou používané jako retardéry hoření v plastech. Během jejich životního cyklu se dostávají do životního prostředí, např. do vod a mohou se dostat přes potravinové cesty až do organismu, kde působí zdravotní problémy. Jsou považovány za prioritní polutanty v životním prostředí a je snaha nalézt vhodné způsoby (účinné, laciné, neprodukující sekundární toxické produkty) jejich zneškodnění. Tyto sloučeniny representuje 209 tzv. kongenerů s různým počtem Br v různých polohách molekul PBDE. Některé velmi nebezpečné kongenery, např. obsahující 8 a 5 atomů Br v molekule, byly nedávno zakázané používat, ale v důsledku přirozeného (velmi pomalého) rozkladu používaného PBDE209 (kongener plně obsazený atomy Br) mohou být přítomné v životním prostředí. Tento problém je vědecky i společensky důležitý. Dosavadní způsoby jejich zneškodnění jsou zejména cíleny na pokročilé oxidační procesy (AOP) a/nebo reduktivní dehalogenace (RD). V případě AOP je u těchto látek nebezpečí vzniku toxických produktů, zejména polybromovaných dioxinů. V případě RD je nebezpečí redukčních cest přes toxické níže-bromované kongenery.

Metoda výzkumu:

V laboratorním měřítku a na laboratorních typech reaktorů měřit účinnosti rozkladu PBDE209 za aplikace metod AOP (foto-Fentonova reakce, reakce s UV zářením a TiO₂(nano-částice TiO₂ katalyzátoru s UV vhodných vlnových délek, včetně UV/VIS s dopovaným TiO₂) ve vsádkovém a kontinuálním uspořádání) a RD (debromace na bimetalických částicích Fe/Pd, tj. železa s nesouvislou vrstvou paladia). Zjistit složení potenciálních meziproduktů a produktů reakce. Osvojit si analytické metody jejich stanovení. Nalézt mechanismus rozkladných cest. Provést orientační eko-toxikologické zkoušky meziproduktů a produktů. Navrhnout vhodné typy chemických reaktorů (které jsou potenciálně vhodné pro scale-up).

Experimentální činnosti bude předcházet kritická rešerše problému.

Připravenost pracoviště:

Pracoviště je připravené poskytnout technickou a vědeckou pomoc v této oblasti, protože bude současně probíhat grant na obodné téma..

Na doktoranda budou zejména kladeny nároky na orientaci v kongenerových analýzách vybraných kongenerů PBDE (plynová chromatografie + elektronový záchyt, resp. NMR), kde se zprvu předpokládá účast na měření na jiných analytických pracovištích AV, později i vlastní provádění orientačních analýz v ÚCHP. Doktorand by měl zvládat jednoduché laboratorní činnosti, spojené s úpravou a provozem laboratorních (skleněných) reaktorů, odběrem vzorků, apod. Ekotoxikologické zkoušky se předpokládají zadavatelsky. Doktorand má otevřenou možnost pro samostatné tvůrčí přínosy v této oblasti (vliv jiných druhů elmagnetického záření, katalyzátorů, konstrukce (mini)reaktorů, apod.)

Literatura:

Alonso F. et al: Metal mediated reductive hydrodehalogenation of organic halides. Chem. Rev. (2002) 102, 4009-4092.

Choe et al: Rapid reductive destruction of Hazardous organic compounds by nano scale Fe. Chemosphere 42 (2001)367-372

De Fillipi et al: Structure-dependent photoctalysis in a TiO₂ aqueous systém. Chemosphere (1996)33, 2263-2271.

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA v OBORU

biotechnologie

Chemicko-inženýrské aspekty produkce bioaktivních komponent na bázi mikrořas

Školitel: Prof.Ing.František Kaštánek, DrSc

Oddělení nových procesů v chemii a biotechnologií

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 165 02 Praha 6 - Suchdol

Mikroskopické řasy jsou moderním zdrojem bio-aktivních látek využitelných ve farmaceutickém, kosmetickém a potravinářském průmyslu, jako jsou například nenasycené mastné kyseliny, karotenoidy, speciální proteiny či polysacharidy. Projekt doktorské práce bude zaměřen na:

· sledování růstové kinetiky vybraných kmenů řas v několika typech reaktorového uspořádání, zahrnující autotrofní kultivace ve fotobioreaktorech a heterotrofní kultivace ve fermentorech za různých reakčních podmínek

· optimalizaci faktorů ovlivňujících tvorbu žádaných sekundárních metabolitů (vlivy stresových podmínek, složení živin a přídavku nových typů růstových růstových stimulátorů)

· přenos vybraných výsledků do modelů čtvrtprovozních reaktorů.

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA V OBORU

ORGANICKÁ CHEMIE / ORGANICKÁ TECHNOLOGIE

Využití molekulárních vzorů při tvorbě strukturovaných nanočástic

Školitel: Doc. Dr. Ing. Petr Klusoň

Oddělení katalýzy a reakčního inženýrství

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 165 02 Praha 6 – Suchdol

Základní nanotechnologický postup označovaný anglickým termínem „bottom-up approach“ lze volně přeložit „od malého k velkému“. Při tomto přístupu jsou zpravidla pomocí určitých vzorových uspořádání získávány nanočástice, ze kterých jsou posléze skládány vyšší organizované celky s předem navrženou funkcí. Vužití molekulárních vzorů představuje v nanotechnologii již tradiční postup, při kterém se v principu pracuje stejně jako v makroskopickém laboratorním měřítku. V běžné laboratoři máme k dispozici kádinku nebo reaktor, ve kterých reagují stovky milionů molekul. Při nanotechnologickém přístupu používáme stovky milionů kádinek, v každé z nich pak reaguje jen několik molekul. Takto lze získat formy jsou chemicky identické, avšak jejich vlastnosti, zpravidla fyzikální, se mohou zásadně odlišovat od struktur připravených běžným postupem. Navíc lze takto zpravidla kontrolovat a nastavovat jejich tvar a uspořádání. Nanočástice nalézají dnes využití v sensorech, fotovoltaických článcích, v elektrochemii, v lékařské diagnostice, ve farmacii, materiálovém inženýrství, apod.

Navrhované téma doktorské disertační práce se zabývá studiem řady molekulárních vzorů pro přípravu funkčních nanočástic. Doposud byly podrobně zkoumány molekulární vzory na bázi micelárních uspořádání povrchově aktivních látek. Tato znalost bude využita pro jejich kombinaci se vzorovými uspořádáními využívajícími iontové kapaliny. Ideou projektu je připravit v omezeném počtu kroků strukturovanou nanočástici s kombinovanými vlastnostmi morfologickými i funkčními. Iontové kapaliny budou v rámci projektu parciálně syntetizovány.

Získané formy budou podrobně popsány jak z hlediska jejich struktury, tak z hlediska jejich funkce. Funkčnost bude posuzována především s pomocí elektrochemických a foto-elektrochemických experimentů zaměřených na jejich potenciální využití ve složených sensorech. Další důležitou součástí projektu bude snaha začlenit připravené malé částice do vyšších, prakticky využitelných celků. Pro tyto účely budou používány rozličné fyzikální postupy, např. aktivní plasma, CVD, vakuová sublimce, atd.

Projekt bude řešen ve spolupráci s řadou pracovišť v ČR i v zahraničí.

Doporučená literatura:

Např.

P. Kluson, S. Kment, H. Bartkova and Z. Hubicka: Thin Functional Films of Photoactive TiO₂ Nanoparticles, in New Research on Thin Solid Films, ed. Maria G. Benjamin, p. 65-106, Nova Science Publishers, Inc., Hauppauge NY (2007), ISBN 1-60021-454-1 (dostupné v knihovně VŠCHT Praha).

P. Kluson, H. Bartkova, M. Drobek, I. Budil: Vítejte v „nanosvětě“, Chemické Listy 101, 262 (2007).

Více informací také na: www.icpf.cas.cz/hana

Projekt doktorského studia v oboru biotechnologie

Bioluminiscenční bioreportéry pro konstrukci optických senzorů znečištění

Školitel: Ing. Gabriela Kuncová CSc.

Oddělení nových procesů v chemii a biotechnologií

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 165 02 Praha 6 - Suchdol

Cílem projektu je výzkum mikroorganismů s vnesenými lux geny pro konstrukci optických senzorů pro včasnou detekci znečištění životního prostředí. Tyto mikroorganismy – bioluminiscenční bioreportéry – jsou geneticky upraveny tak, že produkují bioluminiscenci selektivně v přítomnosti určitých látek. Předmětem práce bude studium selektivity produkce bioluminiscence a reprodukovatelnosti analytické odezvy imobilizovaných bioreporterů.

Práce bude prováděna ve spolupráci s Centrem pro environmentální biotechnologie UT (University of Tennessee) v Knoxvillu TN, USA.

Uchazeč s vysokoškolským vzdělání (Mgr., Ing.) v oboru biotechnologie nebo mikrobiologie a biochemie (a příbuzných oborů) by měl mít zájem o experimentální práci. Vzhledem k interdisciplinární povaze projektu by měl být schopen si osvojit potřebné znalosti z dalších oborů: optiky, spektroskopie, elektroniky, analytické materiálové a polymerní chemie.

POSTGRADUATE RESEARCH PROJECT IN THE field BIOTECHNOLOGY

Bioluminescent bioreporters for construction of optical sensors of pollution.

Supervisor: Ing.Gabriela Kuncová CSc

Department of New Process in Chemistry and Biotechnology

Institute of Chemical Process Fundamentals of the ASCR, v.v.i.

The aim of the project is a research of genetically modified microorganisms with lux genes that might serve as optical sensors of early detection of environmental pollution. These microorganisms – bioluminescent bioreporters – were genetically modified to be capable to produce bioluminescence selectively in presence of specific compounds. The topic of experimental work will be a study of selectivity of production of bioluminescence and reproducibility of analytical response of immobilized bioreporters. The project will involve collaborative research with Centre of Environmental Biotechnology University of Tennessee in Knoxville, USA.

The candidates should have:

· a M.Sc. or equivalent degree (or thesis submitted) in biotechnology or microbiology (or related field)

· a penchant for experimental work

· the ability to learn necessary knowledge from optics, spectroscopy, electronics, polymer and analytical chemistry.

Projekt doktorského studia v oboru BIOTECHNOLOGIE

Organicko/anorganické nanostrukturované biokatalyzátory

Školitel: Ing.Gabriela Kuncová CSc

Oddělení nových procesů v chemii a biotechnologií

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 165 02 Praha 6 - Suchdol

Cílem projektu je studium imobilizace organických látek, enzymů a celých buněk do anorganických a organicko/anorganických nanomateriálů.

Předmětem práce bude příprava a studium vlastností nanostrukturovaných imobilizovaných biokatalyzátorů s vysokou funkční stabilitou, která je nutná pro použití v bioreaktorech a biosenzorech. Práce bude navazovat na spolupráci s Centrem pro environmentální biotechnologie UT (University of Tennessee) v Knoxvillu TN a ORNL (Oak Ridge National Laboratories), USA.

Uchazeč s vysokoškolským vzdělání (Mgr., Ing.) v oboru biotechnologie (a příbuzných oborů např biochemie a mikroibiologie) nebo anorganické chemie (a příbuzných oborů např. technologie silikátů a materiálové inženýrství) by měl mít zájem o experimentální práci. Vzhledem k interdisciplinární povaze projektu by měl být schopen si osvojit potřebné znalosti z dalších oborů: optiky, spektroskopie, elektroniky, polymerní chemie a analytické chemie.

POSTGRADUATE RESEARCH PROJECT IN THE FIELD BIOTECHNOLOGY

Inorganic/organic nanostructured biocatalysts

Supervisor: Ing.Gabriela Kuncová CSc

Department of New Process in Chemistry and Biotechnology

Institute of Chemical Process Fundamentals of the ASCR, v.v.i.

The aim of the project is a study of immobilization of organic compounds, enzymes and whole cells into inorganic and inorganic/organic nanomaterials.

The topics of experimental work will be preparation and study of properties of nanostructured immobilized biocatalysts with high functional stability, which is necessary for application in bioreactors and biosensors. The project will involve collaborative research with Centre of Environmental Biotechnology University of Tennessee in Knoxville, and Oak Ridge National Laboratories TN, USA.

The candidates should have:

· M.Sc. or equivalent degree (or thesis submitted) in biotechnology (microbiology, biochemistry and related field) or inorganic chemistry (chemistry of silicates, material engineering and related fields).

· a penchant for experimental work

· the ability to learn necessary knowledge from optics, spectroscopy, electronics, polymer chemistry and analytical chemistry.

Projekt doktorského studia v oboru

CHEMIE A TECHNOLOGIE OCHRANY ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ

Optický biosenzor pro včasnou detekci znečištění životního prostředí

Školitel: Ing.Gabriela Kuncová CSc

Oddělení nových procesů v chemii a biotechnologií

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 165 02 Praha 6 - Suchdol

Senzory jsou zařízení, které umožňují kontinuální měření chemických, fyzikálních nebo biologických parametrů. V ideálním případě senzor nevyžaduje odebírání vzorků, protože je v přímém kontaktu s měřeným prostředím. Optický biosenzor můžeme definovat jako analytické zařízení, které kombinuje biologický materiál s optickým převaděčem. Biologickou vrstvu, která je odpovědná za specificitu měření, může tvořit imobilizovaný enzym, organela, mikroorganismus nebo protilátka.

Vlastnosti senzoru podstatným způsobem závisí na materiálu nosiče, ze kterého je citlivá vrstva obsahující biologický materiál vytvořena a technice imobilizace. Interakce živé (živých i mrtvých buněk i jejich částí) a neživé přírody (anorganických nosičů i syntetických polymerů) má rozhodující vliv na rozdíly mezi analytickými vlastnostmi volného a imobilizovaného biologického materiálu.

Cílem projektu je studium imobilizace organických látek, enzymů a celých buněk pro konstrukci optického vláknového senzorů pro včasnou detekci znečištění ve vzdálených a těžko dostupných místech.

Předmětem práce bude příprava a testování vrstev s imobilizovaným biologickým materiálem, s cílem zvýšit jejich stabilitu a spolehlivost. Filmy s živými mikroorganismy a s materiály jejichž optické vlastnosti jsou citlivé na kyslík a další chemikálie, které ovlivňují životaschopnost imobilizovaných buněk, budou nanášeny na optické vlákno. Pomocí zařízení pro snímání nízké luminiscence z optického vlákna budou zaznamenávány změny bioluminiscence způsobené změnou složení vody nebo půdy, ve které bude vlákno umístěno. Práce bude navazovat na mezinárodní projekty, na jejichž řešení se laboratoř IBO (Imobilizované biokatalzyátory a optické senzory) účastní.

V laboratoři IBO jsou k dispozici moderní optické přístroje a v servisních laboratořích ústavu se provádí jak chemické analýzy (GC, MS, HPLC, NMR) tak stanovení povrchu a porosity materiálů.

Financování projektu je zajištěno účastí laboratoře v programu COST865 a dvou projektech spolupráce s USA podporovaných Ministerstvem školství mládeže a tělovýchovy České republiky.

Uchazeč by měl mít zájem o experimentální práci a základní vzdělání v biotechnologii nebo mikrobiologii a biochemii. Vzhledem k interdisciplinární povaze projektu by měl být schopen si osvojit potřebné znalosti z dalších oborů: optiky, spektroskopie, elektroniky, polymerní chemie a analytické chemie.

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA V OBORU

FYZIKÁLNÍ CHEMIE

Stavové chování kapalin za zvýšených teplot a tlaků

Školitel: Ing. Jan Linek, CSc.

Termodynamická laboratoř E. Hály

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 16502, Praha 6 - Suchdol

Stavové chování kapalin, a to jak čistých, tak i jejich směsí, náleží k základním úkolům studia kapalného stavu. I když experimentální stanovení se zde na první pohled může jevit jako podstatně jednodušší než např. u plynů, precisní měření, nutná ať již pro identifikaci chemických kapalných látek, či jako analytické metody a zejména jako soubory dat pro testování teorií kapalného stavu, vyžadují nákladné experimentální zařízení i přiměřenou experimentální zručnost.

Výzkum v této oblasti zahrnuje zejména měření hustot čistých kapalin a jejich směsí. Z těchto hodnot se pak odvodí např. dodatkový molární objem, jedna ze základních veličin k charakterizaci procesu směšování. Pokud experimentální zařízení umožňuje i měření za vysokých tlaků, je možno získat i další důležitou charakteristiku, to je koeficient stlačitelnosti.

Cílem projektu je získat přesná hustotní data (pokud možno v širším oboru teplot i tlaků) pro ucelené řady dvousložkových soustav typu n-alkan + 1-alkanol, n-alkan + 1-chloralkan, nebo binární soustavy směsí modelující paliva a biopaliva spalovacích motorů, kde složky se v různé míře liší délkou uhlíkových řetězců. Uvedené údaje jsou nezbytnou součástí informační báze potřebné pro testování molekulární teorie kapalných soustav tvořených ze složek s anisotropními molekulami a databází sloužících pro ochranu životního prostředí.

Naše pracoviště disponuje špičkovým zařízením pro stanovení hustot kapalin – kapilárním vibračním densimetrem firmy Paar, typ DSA 5000, DMA 58 (a starším typem DMA 60 + 602) a měřicí celou DMA 512 umožňující měření do tlaků až 700 MPa a teplot -10 až 150 ^oC. K temperaci této cely slouží špičkový termostat firmy Lauda typ RC 20 CP. Aparatura je provozuschopná, a v současné době byla publikována řada článků o stavovém chování výše uvedených soustav.

Uchazeč by měl mít standardní znalost fyzikální chemie a přiměřenou experimentální zručnost.

Jako příklad publikovaných výsledků měření a současně popis vysokotlaké aparatury uvádím jednu typickou citaci:

L. Morávková, K. Aim, J. Linek: J. Chem. Thermodyn. 34, 1377-1386(2002).

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA V OBORU

FYZIKÁLNÍ CHEMIE

Molekulární a mesoskopické simulace iontových kapalin

Školitel: Doc. Ing. Martin Lísal, DSc.

Termodynamická laboratoř E. Hály

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 165 02 Praha 6 – Suchdol

Iontové kapaliny se v poslední době staly předmětem intenzivního výzkumu nejrůznějších vědních odvětví. Jedná se o organické soli, které mají teplotu tání nižší než 100 °C a ve většině případů tají za nižších teplot než za teploty pokojové. Kromě toho vykazují jedinečné vlastnosti, které je předurčují k využití v mnoha aplikacích. Iontové kapaliny mají téměř nulovou tenzi par a lze je využít jako ekologičtější alternativu k těkavým organickým rozpouštědlům nebo jako rozpouštědla v procesech za nízkých tlaků až vakua. Díky velkému množství kombinací iontů lze syntetizovat iontové kapaliny s vlastnostmi cílenými pro specifické aplikace. Pro návrhy a optimalizaci procesů využívající iontové kapaliny je nutná znalost vlastností iontově-kapalinových systémů.

Cílem této doktorské práce bude vysvětlení a popis unikátních vlastností iontovými kapalin na základě jejich interakcí na atomární úrovni. Molekulární simulace pomocí metod Monte Carlo a molekulární dynamiky budou použity pro modelování termofyzikálních vlastností v homogenních i nehomogenních iontově-kapalinových systémech. Na molekulární úrovni bude zkoumána rozpustnost plynů v iontových kapalinách jako i absorpce a separace v iontově-kapalinových membránách. Mesoskopické simulace pomocí metody disipativní částicové dynamiky budou studovat schopnost iontových kapalin vytvářet samoorganizované nanostruktury.

Pracoviště je vybaveno odpovídající výpočetní technikou a programy pro molekulární a mesoskopické simulace. U uchazeče se předpokládá základní znalosti statistické termodynamiky, numerických metod a programování.

Doporučená literatura

Bhargava, B. L., Balasubramanian, S., & Klein, M. L. (2008). Modelling Room Temperature Ionic Liquids. Chem. Commun., 29, 3339–3351.

Shi, W., & Maginn, E. J. (2008). Atomistic Simulation of the Absorption of Carbon Dioxide and Water in the Ionic Liquid 1-n-Hexyl-3-methylimidazolium Bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([hmim][Tf₂N]). J. Phys. Chem. B,112,2045-2055.

Bhargava, B. L., Devane, R., Klein, M. L., & Balasubramanian, S. (2007). Nanoscale Organization in Room Temperature Ionic Liquids: a Coarse Grained Molecular Dynamics Simulation Study. Soft Matter, 3, 1395-1400.

Bhargava, B. L., & Klein, M. L. (2009). Formation of Micelles in Aqueous Solutions of a Room Temperature Ionic Liquid: a Study Using Coarse Grained Molecular Dynamics. Molec. Phys., 107,393-401.

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA V OBORU

CHemické Inženýrství

Příprava nanočástic chemickou depozicí par v průtočném reaktoru

Školitel: Ing. Pavel Moravec, CSc.

Laboratoř chemie a fyziky aerosolů

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 165 02 Praha 6 - Suchdol

Nanočástice jsou materiály s unikátními vlastnostmi, které vyplývají z jejich velikosti (desítky nanometrů), kdy počet povrchový atomů (molekul) je srovnatelný s počtem atomů uvnitř částice. Vlastnosti produktu se dají dále výrazně modifikovat syntézou vícesložkových materiálů. Předmětem navrhovaného projektu je příprava keramických nebo kovových nanočástic, jedno- nebo vícesložkových, které mají předpoklady pro aplikaci v katalýze, nebo jako nové materiály pro senzory, paměťová media, atd., a také charakterizace vzorků syntetizovaných produktů.

Chemická depozice par v trubkovém reaktoru je jedna z možných metod přípravy nanočástic. Jedná se o “gas-to-particle process”, kdy se tepelně iniciovanou chemickou reakcí par vhodné výchozí látky (prekurzoru) vytvoří přesycení syntetizované (málo těkavé) látky. V důsledku přesycení se nukleací začnou tvořit kondenzační zárodky, které dále rostou kondenzací, koagulací nebo agregací. Hlavní cíle projektu jsou:

a) připravit jednosložkové nanočástice keramických (MnO, Fe2O3) nebo kovových (Ni, Co, Pd) látek tepelným rozkladem organokovových prekurzorů, a/nebo vícesložkové částice typu keramika-keramika (MnO/SiO2) nebo kov-keramika (Pd/Al2O3),

b) studovat vliv experimentálních podmínek na dynamiku tvorby částic a na charakteristiky produktů,

c) stanovit charkteristiky produktu metodami rastrovací/transmisní elektronové mikroskopie (morfologie částic), elektronové nebo rentgenvé difrakce (krystalická struktura), energo-disperzní spektroskopie (chemické složení),

d) analyzovat a interpretovat získaná data.

Práce vychází z dlouhodobého experimentálního programu Laboratoře chemie a fyziky aerosolů ÚCHP AV ČR. K dispozici je aparatura na přípravu nanočástic (elektrické pece s regulací teploty, sytiče, reaktory, dávkovací průtokoměry,...), zařízení na monitorování produkce částic a distribuce jejich velikosti (Scanning Mobility Particle Sizer, Model 3936LN od fy TSI) včetně měřícího sotware, základní software pro vyhodnocování experimentů a několikaletá zkušenost. Charakterizace částic výše uvedenými metodami se provádí ve spolupráci s GÚ AV ČR, ÚACH AV ČR, FÚ MFF UK, případně i jinde.

Uchazeč by měl mít předpoklady k experimentální práci, ale také schopnost analyzovat získaná data a interpretovat je tvůrčím způsobem - nejlépe procesní nebo chemický inženýr, fyzikální chemik, fyzik. A hlavně chuť učit se nové věci.

Literatura:

Moravec P., Smolík J., Keskinen H., Mäkelä J.M., Levdansky V.V.: ZrO2/SiO2 Fine Particle Synthesis by MOCVD. Chem. Vapor Depos. 13(9), 474-480 (2007).

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA V OBORU

FYZIKÁLNÍ CHEMIE

Obecné stavové rovnice tekutin z molekulárních principů a jejich aplikace na výpočet termofyzikálních vlastností směsí

Školitel: Prof. RNDr. Ivo Nezbeda, DrSc.

Termodynamická laboratoř E. Hály

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 165 02 Praha 6 - Suchdol

Cílem projektu je, za použití realistických atom-atom potenciálů a nejnovějších výsledků molekulární teorie kapalin, pokusit se odvodit stavové rovnice tekutin v jednotném funkcionálním tvaru bez ohledu na detaily mezimolekulárních interakcí. Tyto rovnice by měly mít tvar poruchových rovnic s vhodným krátkodosahovým referenčním systémem.

Použitý poruchový rozvoj bude vycházet z nedávných výsledků o vlivu dlouho-dosahových sil na vlastnosti tekutin. Pro popis referenčního systému budou zkonstruovány jednoduché krátkodosahové (primitivní) modely, které respektují jak tvar a velikost molekul, tak i vliv elektrostatických interakcí na krátkých vzdálenostech. Použitelnost těchto modelů bude zkoumána pomocí počítačových simulací i teorie.

V aplikační části budou studovány termofyzikální vlastnosti směsí používaných či použitelných v ekologicky šetrných technologiích; speciálně pak směsi obsahující vodu, oxid uhličitý a uhlovodíky v oblasti blízkých kritickému bodu vody a oxidu uhličitého.

Navržený projekt nepředpokládá provádění laboratorních experimentů, je rázu (semi)teoretického a výpočetního. U uchazeče se předpokládá dobrá znalost klasické termodynamiky a základní znalosti statistické termodynamiky a numerických metod.

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA V OBORU

FYZIKÁLNÍ CHEMIE

Rozpustnost organických látek ve vodě

Školitel: Prof. RNDr. Ivo Nezbeda, DrSc.

Termodynamická laboratoř E. Hály

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 165 02 Praha 6 - Suchdol

V nedávné době došlo k významnému pokroku v oblasti molekulární teorie asociujících a polárních tekutin a k jistému přehodnocení vlivu různých mezimolekulárních interakcí na jejich vlastnosti.

Navržený projekt představuje ucelený výzkum termodynamického chování zředěných roztoků hydrofobních organických látek ve vodě, jež patří mezi prioritní polutanty životního prostředí. Klade si za úkol spojit nejnovější výsledky statistické termodynamiky směsí a počítačových experimentů s požadavky a potřebami moderních technologií. Hlavním cílem projektu je navrhnout metody umožňující předpovídat termodynamické chování vodných roztoků hydrofobních organických látek.

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA V OBORU

FYZIKÁLNÍ CHEMIE

Termofyzikální vlastnosti tekutin za extrémních tlaků

Školitel: Prof. RNDr. Ivo Nezbeda, DrSc.

Termodynamická laboratoř E. Hály

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 165 02 Praha 6 - Suchdol

Motivace:

Znalost chování tekutin za velmi vysokých tlaků je nezbytná např. v geochemických a geofyzikálních aplikacích (inkluze v horninách), v astrofyzice, ve vojenství (šíření rázových vln při výbuchu), v potravinářství (moderní technologie), apod. Jedná se o termodynamické podmínky, za kterých je klasický laboratorní experiment buď velmi obtížný a nebo přímo nemožný. Proto důležitou roli hraje teorie a počítačové experimenty.

Metodika a očekávaný výsledek:

Konkrétní látky se kterými se aplikacích setkáváme nejsou, z molekulárního hlediska, příliš složité a totéž pak platí i o jejich mezimolekulárních interakcích. Molekulární simulace (metody Monte Carlo nebo molekulární dynamiky) jsou proto téměř rutinní a jedná se tedy o získání znalostí o vlastnostech zkoumaných systémů za extrémních podmínek pomocí počítačových experimentů.

Z hlediska teorie je toto pole otevřeném, dosavadní metody jsou vesměs empirické.

Připravenost pracoviště:

V Hálově laboratoři se již na tomto problému okrajově pracovalo a některé konkrétní výsledky jsou již k dispozici, a to jak teoretické (stavové rovnice explicitní v tlaku), tak i simulační. K úspěšném vyřešení problému by tedy nemělo nic bránit.

Požadovaný profil uchazeče:

Znalost základů termodynamiky (fázové chování čistých látek a směsí, stavové rovnice) a statistické fyziky a programování. Znalost simulačních počítačových metod je vítána, není však podmínkou.

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA V OBORU

FYZIKÁLNÍ CHEMIE

Fázové rovnováhy v soustavách s chemickou reakcí

Školitel: Ing. Jan Pavlíček, CSc.

Termodynamická laboratoř E. Hály

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 165 02 Praha 6 – Suchdol

Popis fázové rovnováhy kapalina–pára za normálních a snížených tlaků v systémech, obsahujících vzájemně nereagující složky je dobře propracován jak po stránce teoretické tak experimentální. Jinak je tomu v soustavách, jejichž komponenty se chemicky ovlivňují. Termodynamickou charakteristiku takových systémů lze sice dobře vystihnout, avšak experimentálně jde o nepříliš probádanou oblast.

Cílem této fyzikálně–chemické studie je experimentální stanovení a následný popis rovnovážných dat ve vybraných modelových soustavách s dobře definovanou rovnovážnou reakcí, jako je např. esterifikace nebo reesterifikace. U klasických fázových rovnováh bez chemické přeměny se stanovují základní stavové veličiny (teplota, tlak, složení fází); v této studii k tomu ještě přistupují kinetické a rovnovážné údaje o probíhající reakci. Měření základních veličin se provádí pomocí špičkových přístrojů. Práce vyžaduje celkově citlivý technický přístup. Její součástí je i znalost programování; software pro zpracování dat je sice k dispozici, ale jeho další vývoj je nejen možný, ale potřebný.

Dobré pracovní klima Termodynamické laboratoře E. Hály umožňuje a předpokládá investici vlastní iniciativy. Padesát let zkušeností v oboru fázových rovnováh a světové uznání je naší vizitkou a otvírá dveře do nejlepších pracovišť na celém světě. Dobré finanční zázemí výzkumu je umožněno díky podpoře projektu Grantovou agenturou ČR. Absolventi měli vždy všeobecné a dobré uplatnění jako fyzikální chemici.

Uchazeči se mohou rekrutovat z vysokých škol přírodovědného nebo technického (zejména chemického) zaměření. Vítána je fyzikálně–chemická specializace – není však podmínkou. Experimentální zručnost by měla být samozřejmostí.

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA V OBORU

Chemické inženýrství

Nové metody čištění generátorového plynu

Školitel: Ing. Miroslav Punčochář, DSc.

Laboratoř procesů ochrany prostředí

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 165 02 Praha 6 – Suchdol

Důležitým úkolem stanovený Evropskou komisí je snížení závislosti na fosilních zdrojích energie. Biomasa je v podmínkách České republiky považována za nejperspektivnější obnovitelný zdroj energie. Bohužel, kvůli rozptýlenosti zdrojů a nevýhodným fyzikálním vlastnostem pro přepravu a skladování, jsou možnosti jejího použití omezené na zařízení malých a středních výkonů pro výrobu tepla, či kombinovanou výrobu tepla a elektrické energie. Jednou z možností, jak zlepšit uplatnění biomasy, je její přeměna na ušlechtilejší palivo či surovinu. Velmi slibnou konverzní technologií je zplyňování, tedy termochemická přeměna tuhé (či kapalné) biomasy na generátorový plyn. Vzniklý plyn je možné využít k výrobě elektrické energie v plynovém motoru, potenciálně i na turbíně či v palivovém článku, nebo pro syntézu alternativních kapalných a plynných paliv či chemikálií.

Navrhovaný projekt navazuje na probíhající doktorandský program „intenzifikace procesu výroby generátorového plynu“, který se zabývá kombinací primárních a sekundárních opatření vedoucích k změně vlastností generátorového plynu a optimalizaci celého procesu z hlediska minimalizace tvorby nežádoucích složek plynu. Zatímco tento se v užším zaměření věnuje optimalizaci procesu odstraňování sloučenin síry z plynu, je navrhovaný projekt věnován problému odprášení surového plynu a redukci submikronových částic (aerosolů) v plynu. V rámci projektu bude zkoumána účinnost nízkoteplotních postupů, spočívajících v aplikaci bag filtrů a jejich zaprašování vhodnými aditivy, aby se předešlo znehodnocení filtru zkondenzovanými dehty. Dále bude zkoumána účinnost filtrů vysokoteplotních, pracujících při teplotách cca 600OC. Přitom budou použity jak porézní kovové filtry, tak i filtry látkové tvořené čedičovou pleteninou. Výsledky experimentů vysokoteplotní filtrace jsou významné nejenom z hlediska čištění plynu, ale i pro filtraci spalin, omezující de novo syntetické reakce.

V rámci řešitelského pracoviště je zabezpečeno veškeré vybavení pro studium výše specifikovaného zadání, tj. fluidní zplyňovací generátory, vysokoteplotní filtr, online analyzátory permanentních plynů, dehtů, H2S a přístrojové vybavení pro offline i online analýzu aerosolů. Pracoviště má rovněž experimentální zkušenosti s vysokoteplotním čištěním plynu i spalin.

Literatura:

I. Schildermans and J.Baeyens, Hot gas filtration: a growing market, Proceedings of 4th

International Conference for Conveying and Handling of Particulate Solids, Budapest, 2003,

volume II, 10.8

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA V OBORU

CHEMICKÉ INŽENÝRSTVÍ

Hydrodynamika probublávaných kolon

Školitel: Doc. Ing. Marek Růžička, CSc.

Oddělení vícefázových reaktorů

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 165 02 Praha 6 - Suchdol

Motivace

Jedním z důležitých odvětví hydrodynamiky je mladý obor vícefázových toků, kde spojitá proudící fáze (kapalina, plyn,) obsahuje rozptýlené částice jiné fáze (bubliny, kapky, částice). Vícefázové toky se vyskytují v přírodě (voda s částicemi nečistot, oceánské masy s bublinami CO₂, vzduchu s částicemi aerosolů a dešťovými kapkami).

Z praktického hlediska je vícefázové proudění velmi důležité (plyno-kapalinové reaktory, sedimentace, fluidace, extrakce, apod.). Plyno-kapalinové reakční systémy jsou částí mnoha průmyslově významných technologií v chemii, farmacii a biotechnologii a jsou také základem čištění a úpravy vod.

Zdůvodnění

Vícefázové proudění je velmi zajímavé po vědecké stránce, neboť je nadpomyslně složitější než proudění jednofázové, které dodnes není zcela probádané. Nevýhoda je, že není k dispozici mnoho poznatků. Výhoda je, že mnoho poznatků teprve čeká na své odhalení.

Naše oddělení se dlouhodobě zabývá studiem obecných zákonitostí chování bublin v kapalině. Toto téma zahrnuje řadu problémů, od tvorby jednotlivých bublin a jejich průchodu kapalinou, přes jevy jejich vzájemné interakce, až po složité kolektivní chování jejich početných populací.

Metoda výzkumu

Složitost vícefázových toků vyžaduje kombinaci přístupů: teorie, experiment, a CFD. Teorie staví na znalostí jednofázového proudění a modifikuje ho na přítomností druhé fáze. Experiment zahrnuje vizuální pozorování (rychlá kamera, do 10 000 snímků/sec), měření zádrží plynu, měření tlakových fluktuací, akustických emisí bublin, rychlostí bublin kapaliny, apod. Tato data umožňují získat obsáhlou informaci o hydrodynamickém chování systému.

Očekávaný výsledek

Pro studenta: obhajitelná dizertace a schopnost nezávisle myslet (tj. definovat problém, navrhnout adekvátní způsob řešení, problém vyřešit, interpretovat nové výsledky a vidět jejich důsledky).

Pro společnost: nové poznatky o chování vícefázových soustav.

Připravenost pracoviště

Jsme připraveni provádět výzkum vícefázové hydrodynamiky na mezinárodní úrovni.

Profil uchazeče

Slušný a solidní člověk, schopnost logického myšlení, sklony ke tvůrčí činnosti, zájem o téma. Konkrétní téma bude stanoveno na základě vzájemné dohody studenta a školitele. Předpokládá se předběžný pohovor ještě před oficiálním přijímacím řízením.

Literatura

Deckwer, W. D. (1992) Bubble column reactors. J. Wiley, Chichester.

Kaštánek, F. et al. (1993) Chemical reactors for gas-liquid systems. Ellis Horwood, Chichester.

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA V OBORU

CHEMICKÉ INŽENÝRSTVÍ

Granulární média

Školitel: Doc. Ing. Marek Růžička¹, CSc. (fyzikální a inženýrské aspekty)

Školitel specialista: Doc. RNDr. Jindřich Hladil², DrSc. (materiálové a geologické aspekty)

¹Ústav chemických procesů AVČR, v.v.i., 16502 Praha 6, Email: ruzicka

icpf [dot] cas [dot] cz, Tel: 220 390 299

²Geologický ústav AVČR, v.v.i., 16502 Praha 6, Email: hladil

gli [dot] cas [dot] cz, Tel: 233 087 238

Motivace

Granulární media (GM), též nazývaná i jinými slovy (granular media/matter/materials; partikulární látky, sypké hmoty, granulární materiály, apod.) představují samostatné skupenství hmoty (další skupenství: tuhé, kapalné plynné, plazma). Chování GM se obecně značně liší od chování tekutin a tuhých látek. Chování GM ve stavu klidu a při pohybu se řídí specifickými zákonitostmi. Tyto zákonitosti dodnes nejsou důkladně prozkoumány. Ačkoli byla GM studována v různých oborech po poměrně dlouhou dobu, lze říci, že ucelený fyzikální obraz dodnes nemáme. Nauku o GM můžeme zařadit jako specifický obor do vědy o vícefázových systémech. Jedná se o soustavy tuhá fáze - tekutina. GM se běžně vyskytují v přírodě (kamení, písek, zemina). Jejich pochopení je důležité pro porozumění základních přírodních procesů. Z praktického hlediska jsou GM velmi důležité, neboť vícefázové soustavy tuhá fáze - tekutina se vyskytují v mnoha průmyslových odvětvích a technologických aplikacích (fluidace, sedimentace, transport sypkých hmot, apod.). Mnoho materiálů je ve formě GM jako prášky, zrna, zrnka, granule apod. (chemické látky, farmaka, potraviny, stavební materiály, apod.).

Cíle a obsah PhD projektu

Základním cílem projektu je vyřešení souboru konkrétních a rozumně vymezených problémů, a z toho plynoucí

pochopení jistých aspektů chování GM, které představuje přínos k našim současným poznatkům o GM. Projekt je zaměřen je experimentální výzkum GM, jak 'suchých' (tuhá fáze - plyn) tak 'mokrých' (tuhá fáze - kapalina). Typické aktivity studenta budou zahrnovat řešení následujících problémů:

· charakterizace GM na úrovni jednotlivého zrna (velikost částice, tvar, kvalita povrchu, otěr, pevnost);

· charakterizace GM na úrovni souboru zrn (reologie GM, relace mezi tlakovým a smykovým napětím);

· studium chování souborů částic za různých statických a dynamických situací (tvar 'hromady' nasypaných částic a její vlastnosti /střední hustota, rozložení částic různého druhu, stabilita/, dynamika dopadu částic na podložku, homogenita promíchávání směsi různých částic, tok částic v jednoduchých geometriích, apod.);

· vztah mezi chováním jednotlivé částice a souboru částic;

· možnost přenést získané poznatky do inženýrské praxe.

Metodický přístup záleží ve škálovém přístupu (rozpoznání charakteristických měřítek systému/procesu, časových a délkových) a následném použití rozměrové analýzy (sestavení základních bezrozměrných čísel a nalezení vztahu mezi nimi).

Experimentální metody: jedná se o relativně jednoduché laboratorní experimenty založené na vtipné myšlence. Smyslem je odhalit zajímavé aspekty chování GM v různých modelových situacích, jež mají vztah k praktickým aplikacím. Student tak sám může tvůrčím přístupem přispět k formování tématu své PhD práce. Charakterizace GM využije klasické optické metody (mikroskop, fotografie) popř. práci na granulometrických přístrojích. Dále pak smykové zkoušky proběhnou na lineárním/rotačním smykostroji. Informace o chování GM v různých situacích v klidu i pohybu budou získány pomocí vizualizačních technik (digitální fotoaparát a video systémy s různým rozlišením a různou rychlostí /25 Hz - 10 000 Hz/). Vyhodnoceny pak budou pomocí programů na analýzu obrazu a pohybu.

Očekávaný výsledek: obhajitelná dizertace, schopnost nezávisle myslet, nové poznatky o chování GM.

Profil uchazeče: solidní člověk, zájem o téma, logické myšlení (předběžný pohovor nutný).

Literatura - orientační výběr

Feda J. Základy mechaniky partikulárních látek. Academia, Praha 1977.

Novosad J. Mechanika sypkých hmot. IVVP MP ČSR, Praha 1983.

Zegzulka J. Mechanika sypkých hmot. VŠB-TU Ostrava, Ostrava 2004.

Nedderman R.M. Statics and kinematics of granular materials. Cambridge University Press, U.K. 1992.

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA V OBORU

FYZIKÁLNÍ CHEMIE

Modelování optimálních podmínek permeace bioplynu přes zakotvené membrány

Školitel: Doc Ing. Marek Růžička, CSc.

Školitel specialista: Ing. Jaromír Havlica, Ph.D. a Ing. Pavel Izák, Ph.D.

Oddělení separačních procesů

Ústav chemických procesů AV ČR, 165 02 Praha 6 - Suchdol

Cílem projektu je již experimentálně nalezená data pro separaci methanu z bioplynu modelově optimalizovat. Tím by se měla zvýšit efektivita využitelnosti bioplynu až na úroveň zemního plynu. Splnění tohoto cíle by poskytlo významný zdroj energie, který by mohl v mnoha případech nahradit zemní plyn, jehož zdroje se v poslední době ukázaly být omezené a v mnoha případech nedostatečné. Aby bylo možné využívat bioplyn jako zdroj energie, je třeba hned několika úprav. Vhodná metoda separace sulfanu, amoniaku a oxidu uhličitého od methanu pomocí zakotvených membrán by přinesla následující výhody:

· získání nového zdroje ekologického paliva, které nepřispívá ke zvyšování podílu skleníkových plynů v atmosféře

· dlouhá životnost membrány a možnost recyklace kapaliny v ní obsažené

· široká škála kapalin a snadná modifikace jejich chemických vlastností umožňuje navrhnout kapalinu přímo na míru separačnímu procesu, což zaručuje vysokou čistotu separovaných produktů

· relativně vysoká molekulární difúze v kapalinách znamená poměrně velké toky hmoty membránou a tudíž vysoké výtěžky separace

Modelová část práce bude spočívat v numerické simulaci experimentálně studovaných dějů pomocí programu ANSYS-FLUENT. Půjde zejména o výpočet následujících veličin a o zjištění jejich vlivu na průběh procesu membránové separace: tvar reaktoru (geometrie, rozměry), proudění fází v reaktoru (uspořádání toku, tokové pole, režimy toku), časo-prostorové rozložení klíčových parametrů (pole teploty, tlaku a koncentrací relevantních chemických substancí). Sestavený model (bilanční rovnice, kinetika, termodynamické vztahy) bude nejprve ověřen experimentem a následně využit k hledání optimálního návrhu studovaného separačního procesu a jeho řízení.

Doporučená literatura:

1. Izák P., Bartovská L., Friess K., Šípek M., Uchytil P.; Comparison of various models for transport of binary mixtures through dense polymer membrane. Polymer, 44 (2003) 2679-2687

2. Ranade, V. V. (2002). Computational Flow Modeling for Chemical Reactor Engineering, Academic Press.

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA V OBORU

BIOTECHNOLOGIE / ORGANICKÁ TECHNOLOGIE

Enzymové reakce v superkritickém CO₂

Školitel: Ing. Helena Sovová, CSc.

Školitel konzultant: Ing. Kristina Rochová, Ph.D.

Oddělení separačních procesů

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 165 02 Praha 6 - Suchdol

Podle aktuálních výsledků výzkumu existuje řada enzymů, mezi nimi lipáz, které vykazují dobrou aktivitu v prostředí superkrititického oxidu uhličitého (při tlaku nad 74 MPa a teplotě nad 31 °C). To umožňuje spojit výhody enzymových reakcí, jako je jejich selektivita, a výhody CO₂ jako superkritického rozpouštědla, ke kterým patří vysoká čistota, zdravotní nezávadnost, u heterogenních reakcí důležitá vysoká rychlost difúze, a snadná regulace rozpouštěcí schopnosti pomocí tlaku a teploty a tím i jednoduché oddělení reakční směsi od rozpouštědla. V této oblasti se otevírá pole výzkumu, který povede k aplikacím v potravinářství a farmaceutickém průmyslu.

Cílem projektu je prostudovat průběh lipázami katalyzované alkoholýzy olejů bohatých na esenciální mastné kyseliny v závislosti na tlaku, teplotě a vlhkosti superkritického CO₂, ve kterém budou substráty rozpuštěny. Reakce bude probíhat kontinuálně v laboratorním průtočném extraktoru, umožňujícím snadné zvětšování měřítka. Výsledky přinesou nové poznatky o kinetice enzymových reakcí v prostředí superkritických tekutin a zároveň budou směřovat i k praktickým aplikacím jako je transformace olejů na metylestery mastných kyselin nebo zakoncentrování esenciálních kyselin pomocí specificky vedené etanolýzy s následující separací produktů reakce od substrátů na základě jejich rozdílných rozpustností v superkritickém CO₂.

Laboratoř superkritické extrakce ÚCHP AV ČR se zabývá řadu let výzkumem enzymových reakcí olejů, zejména jejich hydrolýzy. Pokusy lze provádět na stávající laboratorní aparatuře s průtočným reaktorem. Laboratoř je vybavena i vysokotlakou celou s okénky pro sledování stavového chování používaných směsí. Doktorand se bude podílet na analýzách reakčních produktů, které budou provedeny převážně v oddělení analytické chemie ÚCHP. Při studiu literatury je kromě knihovny ústavu a časopisů přístupných v lokální počítačové síti k dispozici i rozsáhlá vlastní databáze o výzkumu aplikací superkritických tekutin.

Uchazeč by se měl zajímat o enzymové reakce a moderní separační metody a měl by ovládat základní laboratorní postupy. Ke studiu literatury bude potřeba dobrá znalost angličtiny.

Doporučená literatura:

H. Sovová, M. Zarevúcka, P. Bernášek, M. Stamenić, Kinetics and specificity of Lipozyme-catalysed oil hydrolysis in supercritical CO₂. Chemical Engineering Research & Design 86 (2008) 673.

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA V OBORU

ORGANICKÁ TECHNOLOGIE / CHEMICKÉ INŽENÝRSTVÍ

Superkritická extrakce léčivých látek z rostlin a frakcionace extraktů

Školitel: Ing. Helena Sovová, CSc.

Školitel konzultant: Ing. Marie Sajfrtová, Ph.D.

Oddělení separačních procesů

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 165 02 Praha 6 – Suchdol

Těžištěm projektu je studium a optimalizace postupů vedoucích k zakoncentrování cenných látek v rostlinných extraktech získaných superkritickou extrakcí (SFE), kde rozpouštědlem je stlačený oxid uhličitý. Tato metoda je šetrná k extrahovaným látkám i k životnímu prostředí a zároveň je variabilní, protože rozpouštěcí schopnost stlačeného plynu je silně závislá na tlaku a teplotě. Vliv extrakčních podmínek a podmínek dělení extraktu od rozpouštědla na celkový výtěžek SFE je v posledních letech podrobně zkoumán /1/, ale o vlivu těchto podmínek na složení extraktů se zatím ví podstatně méně /2/. Přitom pro další využití extraktů ve farmaceutických výrobách, ve funkčních potravinách a jako nutraceutika, přírodní barviva nebo insekticidy je třeba dosáhnout vysoké koncentrace požadovaných látek v extraktu a nežádoucí látky potlačit.

Cílem projektu je stanovit vliv podmínek extrakce z rostlin a dělení extraktu od rozpouštědla na složení extraktu a optimalizovat tyto podmínky vzhledem ke koncentraci léčivých látek v extraktu. Součástí výzkumu bude vyhodnocení fázových rovnováh sledovaných látek v závislosti na extrakčním tlaku a teplotě a na jejich koncentraci v rostlinné matrici. Získané výsledky budou důležité jak pro teorii SFE, tak i pro uplatnění této metody v praxi při získávání konkrétních léčivých látek z rostlin.

Laboratoř superkritické extrakce ÚCHP AV ČR má dlouhou tradici ve výzkumu SFE rostlinných látek. Je vybavena několika laboratorními aparaturami pro extrakci čistým a modifikovaným oxidem uhličitým, čtvrtprovozní aparaturou s recyklem rozpouštědla, vysokotlakou celou s okénky pro sledování stavového chování látek, a dalším zařízením pro izolaci rostlinných látek konvenčními metodami (přístroj pro hydrodestilaci, třepačka pro louhování, Soxhletův extraktor, rotační vakuová odparka). Složení extraktů se stanovuje v Analytickém oddělení ÚCHP. Při studiu literatury je kromě knihovny ústavu a časopisů přístupných v lokální počítačové síti využívána i rozsáhlá vlastní databáze literatury o SFE.

Uchazeč by měl mít skutečný zájem o danou problematiku, znalost angličtiny alespoň na úrovni potřebné ke studiu odborné literatury a zručnost potřebnou při práci v laboratoři.

Doporučená literatura:

E. Reverchon, I. De Marco, Supercritical fluid extraction and fractionation of natural matter, Journal of Supercritical Fluids 38 (2006) 146.

S. M. Pourmortazavi, P. Baghaee, M. A. Mirhosseini, Extraction of volatile compounds from Juniperus communis L. leaves with supercritical fluid carbon dioxide: comparison with hydrodistillation. Flavour Fragrance Journal 19 (2004) 417.

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA V OBORU

CHEMIE A TECHNOLOGIE OCHRANY ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ

Energetické využití odpadní biomasy s minimalizací plynných emisí

Školitel: Doc. Ing. Karel Svoboda, CSc.

Laboratoř procesů ochrany prostředí

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 16502, Praha 6 - Suchdol

Při výrobě řepkového oleje a bio-nafty dochází k hromadění odpadního řepkového šrotu (pokrutin) po lisování a extrakci oleje z řepkových semínek. Roční produkce této odpadní biomasy (řepkového šrotu) se odhaduje jen v rámci ČR na stovky tisíc tun . Spalování této odpadní biomasy ve fluidní vrstvě nabízí jeden z atraktivních způsobů jejího energetického zhodnocení s možností využití popela v zemědělství jako hnojiva. Oproti fluidnímu spalování odpadní dřevní hmoty je komplikujícím faktorem u spalování řepkového šrotu hlavně vyšší obsah popelovin s relativně vyšším obsahem alkálií a vysoký obsah dusíku (nad 5 hm. %), který vede k vyšším emisím NOx při fluidním spalování.

Hlavním cílem projektu bude studium vhodných partikulárních materiálů ve fluidní vrstvě a podmínek spalování, které vedou k potlačení aglomerace částic ve fluidní vrstvě a opatření vedoucí k účinnému omezení hlavně emisí NOx . Vedlejším cílem práce bude vyšetření vlivu vlhkosti biomasy a vlivu přimíchávání dřevné biomasy k řepkovým pokrutinám na proces fluidního spalování a na celkový emisní obraz .

V rámci řešitelských pracovišť (VŠCHT, ÚCHP AV ČR) je zabezpečeno veškeré vybavení pro studium výše uvedeného zadání, tj. laboratorní fluidní spalovací zařízení, vysokoteplotní filtr, on-line analyzátory hlavních plynných emisních složek a přístrojové vybavení pro off-line analýzu dalších složek plynů (např. typu VOC). Analytické zázemí pro analýzu vstupních bio-paliv a partikulárních materiálů fluidní vrstvy a popelovin je včetně speciálních analýz (TG, TA/DSC, texturní analýzy apod.) taktéž ve značném rozsahu k dispozici.

Uchazeč by měl mít určitou experimentální zručnost, základní znalosti z chemického inženýrství, technologie paliv, spalovacích procesů a emisí škodlivin. Dobrá znalost odborné a technické angličtiny pro studium literatury v oboru je výhodou.

Doporučená literatura:

Khan A.A., de Jing W., Jansens P.J., Spliethoff H.: Biomass combustion in fluidized bed boilers: potential problems and remedies, Fuel Processing Technol., 90, 21-50 (2009).

Vamvuka D., Zografos D., Alevizos G.: Control methods for mitigating ash-related problems in fluidized bed, Bioresource Technol., 99, 3534-3544 (2008).

Okasha F.: Staged combustion of rice straw in a fluidized bed, Experimental Thermal and Fluid Science, 32, 52-59 (2007).

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA V OBORU

CHEMIE A TECHNOLOGIE OCHRANY ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ/

ORGANICKÁ CHEMIE / FYZIKÁLNÍ CHEMIE

NMR analýza aerosolových částic

Školitel: Ing. Jan Sýkora Ph.D.

Centrální LC-NMR Laboratoř

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 16502, Praha 6 - Suchdol

Tématem doktorské disertační práce je analýza organických sloučenin obsažených v aerosolových částicích pomocí NMR spektroskopie (Nukleární Magnetická Rezonance). Jelikož jsou reálné aerosolové vzorky velmi zředěné a nedovolují prakticky nic jiného než změření vodíkových NMR spekter, identifikace látek pouze na základě těchto spekter je prakticky nemožná. Pokud se ale vytvoří databáze spekter látek, které se v aerosolech vyskytují, je identifikace látek možná na základě precizního porovnávání.

Jedná se nový přístup v oblasti chemie aerosolových částic, první publikace týkající se NMR aerosolů se objevily v roce 2000¹ a jejich počet dosud nepřekročil desítku. Tyto práce jsou ovšem založené na tzv. analýze funkčních skupin², kdy se určuje zastoupení celé skupiny látek (např. aromatické vs alifatické) a nehledají se jednotlivá chemická individua.

Úkolem doktoranda bude vydat se opačnou cestou, získat vzorky přímo od zdrojů typického průmyslového i domácího „znečistění“ (převážně různé spalovací procesy), které je možno připravit o libovolné koncentraci, identifikovat jednotlivé majoritní komponenty a za pomocí standardů pořídit přesně definované záznamy 1H a 13C NMR spekter a vytvořit jejich databázi nebo knihovnu. O tu se potom bude opírat při vlastní identifikaci látek ve spektrech reálných vzorků.

Vlastním cílem projektu je vytvořit co nejobsáhlejší knihovnu 1H a 13C NMR spekter organických látek, které se vyskytují v částicích aerosolů a dále metodu pro využití těchto spekter pro kvalitativní i kvantitativní analýzu látek v reálných aerosolových vzorcích.

Projekt využívá a kombinuje zkušenosti dvou oddělení našeho ústavu, na jedné straně zkušenosti se získáváním vzorků aerosolů a na druhé straně zkušenosti se separacemi komplikovaných směsí a identifikací jednotlivých sloučenin pomocí LC-NMR techniky. Dále se doktorand bude podílet na vývoji a optimalizaci knihovny a programu pro vyhodnocování spekter reálných vzorků. Ideální kandidát by měl proto ovládat základy analytických metod HPLC a/nebo NMR případně programování v programovacím prostředí MATLAB.

Literatura

1. Decesari S., Facchini M. C., Fuzzi S.: Characterisation of water-soluble organic compounds in atmospheric aerosol: A new approach, J. Geophys. Res., 105, 1481-1489 (2000).

2. Tagliavini E., Moretti F., Decesari S., Facchini M. C., Fuzzi S., Maenhaut W.: Functional group analysis by 1H NMR/chemical derivatization for the characterization of organic aerosol from SMOCC field campaign, Atmos. Chem. Phys. Discuss, 5, 9447-9491 (2005).

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA V OBORU

CHEMICKÉ INŽENÝRSTVÍ

Diagnostika proudění v kanálech velmi malých rozměrů

Školitel: Ing. Jaroslav Tihon, CSc.

Oddělení vícefázových reaktorů

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 165 02 Praha 6 - Suchdol

Novým trendem v procesním inženýrství je snaha o miniaturizaci výrobních zařízení (např. míchacích jednotek, reaktorů, či výměníků tepla) s cílem intenzifikovat přenosové jevy v nich probíhající díky zvýšení relativního poměru mezi povrchem a objemem takovéhoto zařízení. Charakterizace proudění v mikrofluidním měřítku je prvním nezbytným krokem pro pochopení dějů, které řídí transport tepla nebo hmoty v těchto miniaturních operačních jednotkách. Zatímco technologie zhotovování mikrozařízení je již dobře zvládnutá, výzkum jejich činnosti z hlediska hydrodynamiky a transportních dějů je stále pouze ve svých počátcích.

Předmětem navrženého projetku je experimentální studium charakteru proudění čisté kapaliny a dvoufázového systému kapalina-plyn v kanálech mili- a mikrometrických rozměrů. Naše pozornost se zaměří na zmapování tokových režimů v kanálcích s různou základní geometrií (např. pravoúhlé křížení, T-větvení, náhlé rozšíření). Originální experimentální technika vyvíjená v našem oddělení, elektrodifúzní diagnostika proudění, bude využita jak pro určení směru a rychlosti proudění v blízkosti stěny, tak i pro detekci průchodu bublin. Pro tento účel bude vyvinut a otestován nový typ čidel připravených pomocí moderní techniky fotolitografie. Časo-prostorové korelace signálů naměřených více čidly potom poskytnou nové informace o struktuře toku v přístěnné oblasti. Dodatečné informace o proudění budou získány pomocí vizualizačních experimentů využívajících špičkovou rychloběžnou kameru Redlake MotionPro X3, popřípadě pomocí měření rychlostních polí metodou PIV (Particle Image Velocimetry).

Projekt je vhodný pro absolvent(a/ku) chemicko-inženýrského studia nebo studia jiného typu s technickým zaměřením. Uchazeč by měl být experimentálně zručný a měl by mít alespoň základní znalosti z oblasti hydrodynamiky. Základním předpokladem je ovšem chuť do samostatné výzkumné práce. Případný zájemce se bude moci opřít o tvůrčí prostředí v našem oddělení (Vícefázové reaktory), které se stalo školicím pracovištěm rovněž pro zahraniční doktorandy v rámci projektu EU: „Marie Curie Training Sites“ (http://www.icpf.cas.cz/flore/). S využíváním počítače a moderních programů (LabView, MATLAB, Mathematica), jak pro plně automatizované experimentální měření a následné zpracování získaných dat, tak i pro řešení složitých hydrodynamických úloh, máme bohaté zkušenosti.

REFERENCE:

Hessel V., Hardt S., Löwe H.: Chemical Micro Process Engineering (Fundamentals, Modelling and Reactions), Wiley-VCH Verlag, Weinheim (2004)

Tabeling P.: Introduction to Microfluidics. Oxford University Press (2005)

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA V OBORU

FYZIKÁLNÍ CHEMIE

Studium transportu kondenzujících par v pórech keramické membrány

Školitel: Ing. Petr Uchytil, CSc.

Oddělení separačních procesů

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 16502, Praha 6 - Suchdol

Separace par či plynů v pórech anorganických membrán patří mezi perspektivní separační procesy. Transport látek v pórech o poloměru blízkém rozměru permeujících molekul je v současné době velmi intenzívně studován. Tok póry je ovlivněn zejména interakcemi mezi difundujícími molekulami a materiálem anorganické membrány. Z tohoto důvodu je k popisu transportu nezbytná znalost sorpce permeujících látek v membráně. Pokud totiž dochází k sorpci je velmi pravděpodobné, že se bude při transportu uplatňovat povrchová difuze¹. V případě, že na membráně je dělena směs obsahující kondenzující plyn, popis transportu se dále komplikuje, protože za určitých tlakových podmínek může dojít k jeho kondenzaci². To znamená, že k transportu přispívá i tok kapalné fáze. Navíc pokud dojde ke kondenzaci, dá se očekávat velká změna separačních vlastností porézního prostředí, neboť kapalná fáze současně omezí průtok nekondenzující složky dělené směsi. Už z tohoto krátkého popisu je vidět, že transport látek ve velmi malých pórech je značně komplikovaný, ale i zajímavý nejen z teoretického hlediska, ale i pro svůj praktický význam (ovlivnění separace ).

Experimenty budou prováděny na Vycorové membráně (sklo) a dalších anorganických membránách (zejména vícevrstvé membrány na bázi aluminy). Jako permeující látky budou použity permanentní plyny (dusík, vodík, apod.) a plyny kondenzující (např. butan). Budou měřeny sorpce, toky a separace binárních směsí na membráně. Cílem doktorandského projektu je popsat transport binárních směsí přes anorganickou. membránu během permeace par.

Laboratoř je vybavena aparaturami pro permeační měření a sorpční aparaturou. K dispozici je nový plynový chromatograf s tepelně-vodivostním i plameno-ionizačním detektorem. K dispozici je také hmotnostní detektor, který umožňuje průběžné měření transportu binárních směsí. Uchazeče očekávají experimenty, zároveň důležité bude i matematické zpracování získaných výsledků. Dále je velký prostor k teoretickému modelování transportu.

V této oblasti výzkumu dlouhodobě spolupracujeme s významnými zahraničními pracovišti (Prof. Seidel-Morgenstern, Magdeburg, Dr. T. Loimer, Vídeň), proto část prací bude možné provádět v zahraničních laboratořích.

Zaměření práce by nemělo působit problémy dobrému studentu jakéhokoliv směru, ale výhodou by byl obor fyzikální či anorganické chemie.

Literatura:

Yang J., Čermáková J. , Uchytil P., Hamel Ch., Seidel-Morgenstern A.: Gas Phase Transport, Adsorption and Surface Diffusion in Porous Glass Membranes. Catal. Today, 104,344-351(2005).

Uchytil P., Petrickovič R., Seidel-Morgenstern A.: Study of Capillary Condensation of Butane in Vycor Membrane. J. Membr. Sci. 264, 27-36( 2005).

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA V OBORU

FYZIKÁLNÍ CHEMIE

Transport látek v polymerní membráně

Školitel: Ing. Petr Uchytil, CSc.

Oddělení separačních procesů

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 16502, Praha 6 - Suchdol

Membránové separační procesy založené na permeaci par a pervaporaci jsou považovány za perspektivní nástroj moderních chemických technologií, zejména pro dehydratace a odstraňování organických par ze vzduchu. V současné době jsou tyto membránové separace intenzívně studovány pro průmyslové využití i v mnoha dalších významných procesech.

Polymerní membrány nemají póry v klasickém slova smyslu. Vlivem rozdílu chemických potenciálů dělených látek nad a pod membránou se látky sorbují v membráně, difundují a následně desorbují na opačné straně membrány. Pokud jsou separované látky na obou stranách membrány ve formě páry, jedná se o permeaci. Při pervaporaci dochází k dělení roztoku při průchodu polymerní membránou. Nad membránu je přiváděn dělený roztok a pod membránou je prostor evakuován (klasické uspořádání), či zde proudí nosný plyn (uspořádání "sweeping gas").^.

Projekt je zaměřen na získání experimentálních dat pro kvalitní popis transportu látek v polymerní membráně při pervaporaci a permeaci. Nejdříve bude porovnáván transport čistých látek při permeaci nasycených par a pervaporaci polymerní membránou. Z experimentálně zjištěných rozdílů mezi těmito membránovými procesy¹ (permeací nasycených par a pervaporací) bude zkoumán vliv koncentrační polarizace na transport látek polymerní membránou. Z našich dřívějších experimentů se ukázalo, že velmi důležitou informaci mohou poskytnout sorpční data v ustáleném stavu separace. Tato data dosud nebyla v literatuře publikována. Za účelem jejich získání jsme navrhli a zhotovili originální aparaturu. Proto budou proměřeny sorpční isotermy látek v membráně jednak v ustáleném stavu permeace par pomocí nové aparatury a rovněž v rovnováze.

Poté bude studován pervaporační transport binárních směsí, zejména alkohol-voda². Na binárních systémech bude sledováno vzájemné ovlivnění látek při jejich průchodu membránou. Pro studium transportu složitějších systémů byla použita nová aparatura s detekcí pomocí hmotnostního spektrometru. Bude experimentálně ověřena možnost ovlivnění separačního procesu přídavkem látek do dělených binárních směsí.

Pro zaměření práce je výhodou studium v oboru fyzikální či organické chemie.

Literatura:

1. K. Okamoto, N. Tanihara, H. Watanabe, K. Tanaka, H. Kita, A. Nakamura, Y. Kusuki, K. Nakagawa, Vapor permeation and pervaporation separation of water/ethanol mixtures through polyimide membranes, J. Membr. Sci, 68 (1992) 53.

2. M.S. Schehlmann, E. Wiedemann, R.N. Lichtenthaler, Pervaporation and vapor permeation at the azeotropic point or in vicinity of the LLE boundary phases of organic/aqueous mixtures; J.

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA V OBORU

CHEMICKÉ INŽENÝRSTVÍ / FYZIKÁLNÍ CHEMIE

Experimentální studium homogenní nukleace vody

Školitel: Ing.Vladimír Ždímal, Dr.

Laboratoř chemie a fyziky aerosolů

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 16502, Praha 6 - Suchdol

Motivace

Nukleace, tedy vznik stabilních zárodků nové fáze, je kritickým krokem mnoha kondenzačních procesů. Spolehlivý kvantitativní popis tohoto kroku je stále více žádán, nejen v meteorologii (používající stále komplikovanější modely pro běžné předpovědi i pro předpovědi smogových situací), ale i v tak rychle se rozvíjejících oborech, jako je např. příprava nanočástic.

Kinetiku homogenní nukleace (bez přítomnosti cizích částic - prach apod.) z přesycených par lze přes značnou pracnost a nároky na instrumentaci studovat experimentálně. Je také relativně schůdná pro teoretický popis, neboť parní fázi lze často považovat za ideální plyn a kapalnou fázi je možné charakterizovat nezávisle měřitelnými veličinami jako je hustota a povrchové napětí.

Jednou z nejzajímavějších látek pro studium nukleace je voda, kvalitní kinetická data existují pouze pro oblast nízkých teplot a velmi vysokých rychlostí, naměřená v expanzní komoře. Protože se jedná o vysoká podchlazení a tedy metastabilní stav, je velmi obtížné získat pro tuto oblast termodynamická data.

Cíle

Předmětem navrhovaného projektu je experimentální studium rychlosti homogenní nukleace z přesycené vodní páry. Experimenty budou provedeny ve dvou experimentálních zařízeních: 1) ve statické difúzní komoře vlastní konstrukce s originální metodou vyhodnocování založenou na kombinaci digitální fotografie a analýzy obrazu a 2) v nově postavené průtočné difúzní komoře s optickým čítačem vzniklých kapek.

Cíle projektu jsou:

· změřit kinetiku homogenní nukleace vody v maximálním dostupném rozsahu experimentálních podmínek, tedy teplot a tlaků;

· porovnat experimentální výsledky s předpověďmi teorií homogenní nukleace

· porovnat výsledky z obou difúzních komor mezi sebou a také s výsledky jiných experimentálních technik z literatury

· studovat vliv tlaku “inertního” plynu a jeho typu na nukleaci; tento vliv byl v poslední době opakovaně pozorován a je v rozporu s teoretickou předpovědí.

Ve studiu nukleace laboratoř patří k renomovaným evropským laboratořím. Je zde průběžně řešeno několik grantových projektů úzce souvisejících s navrhovaným doktorským projektem.

Profil uchazeče:

chemický inženýr, fyzikální chemik, fyzik, meteorolog...
předpoklady k experimentální práci
chuť učit se nové věci
Literatura:

Brus D., Hyvärinen A.-P., Ždímal V., Lihavainen H.: Homogeneous Nucleation Rate Measurements of 1-Butanol in Helium: A Comparative Study of a Thermal Diffusion Cloud Chamber and a Laminar Flow Diffusion Chamber. J. Chem. Phys. 122(21), 214506 (2005).

PROJEKT DOKTORSKÉHO STUDIA V OBORU

ORGANICKÁ TECHNOLOGIE / CHEMICKÉ INŽENÝRSTVÍ

Experimentální studium chování reálných aerosolů v plicích

Školitel: Ing. Vladimír Ždímal, Dr.

Školitel specialista: Ing. Jakub Ondráček, Ph.D.

Laboratoř chemie a fyziky aerosolů

Oddělení aerosolových a laserových studií

Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., 16502, Praha 6 - Suchdol

Atmosférické aerosoly (suspendované tuhé a kapalné částice, nebo také “jedovatý prach”) jsou v současné době jednou z nejdůležitějších škodlivin v našem životním prostředí. Jejich množství (hmotnostní koncentrace a počet) obsažené ve vzduchu, který dýcháme, představuje sice důležitý faktor pro stanovení jejich vlivu, ale pro úplné posouzení možných zdravotních důsledků musíme znát rovněž chování aerosolových částic po jejich vstupu do prostředí plic, kde se mění zejména vlhkost a teplota okolí. To má za následek jak změny ve velikosti částic vlivem hygroskopického růstu, tak ve složení (vypařování nebo rozklad některých složek). Tyto změny pak následně ovlivňují depoziční chování částic v plicích a tedy podíl částic, které se v plicích usadí a místo, kde k depozici dojde. Sledování těchto změn atmosférického aerosolu za podmínek panujících v plicích bude úkolem doktoranda.

Metody dostupné ke studiu těchto změn na pracovišti jsou jak velikostně rozlišené odběry aerosolových částic kaskádními impaktory za použití teplotně a vlhkostně regulovaných vstupů pro následnou analýzu složení částic tak on-line metody používající tzv. Humidity Tandem Differencial Mobility Analyzer (HTDMA). Pro analytickou část úlohy je k dispozici iontová chromatografie a další analytické metody dostupné na ÚChP.

Pracoviště (Laboratoř chemie a fyziky aerosolů ÚChP) je vedoucím pracovištěm v oblasti aerosolů v ČR se zkušenostmi ze studia atmosférických aerosolů v Praze i jinde v Evropě. Projekt je podložen rovněž spoluprací pracoviště na několika mezinárodních a dalších národních projektech, které jsou na pracovišti řešeny.

Požadovaný profil uchazeče:

fyzikální chemik, analytický chemik, chemický inženýr
předpoklady k experimentální práci
samostatnost
chuť do práce

Literatura:

Harrison R. M., van Grieken R.E.: Atmospheric Particles, John Wiley, New York, 1998.

Seinfeld J. H., Pandis S. N.: Atmospheric Chemistry and Physics, John Wiley, New York, 1998.

English

Ústav chemických procesů AV ČR, v. v. i.

Studium

Doktorské studium

Doktorské studium na Ústavu chemických procesů AV ČR