Separace plynných směsí
Oddělení membránových separačních procesů se dlouhodobě zabývá výzkumem separace plynných směsí, především úpravou surového bioplynu z různých zdrojů pro získání alternativního paliva – CNG. Od roku 2017 se zabýváme i separací vodíku a oxidu uhličitého ve spolupráci s Ústavem fyzikální chemie VŠCHT Praha. Odseparovaný vodík lze dále využít též jako alternativní palivo nebo pro jiné hydrogenační procesy. Oxid uhličitý je separován, neboť se jedná o skleníkový plyn. Navíc CO2 lze využít pro superkritické extrakce citlivých biologických materiálů. A od roku 2018 se zabýváme i záchytem oxidu uhličitého ze spalin. Čištění spalin má do budoucna velký aplikační potenciál, především s růstem ceny emisních povolenek a nových přísnějších emisních limitů.
Separace plynů je studována s využitím jak komerčně dostupných membrán, tak i vlastních membrán. Vlastní membrány jsou připravovány v naší laboratoři nebo získávány od našich spolupracovníků z Ústavu makromolekulární chemie AV ČR, v.v.i., VŠCHT Praha, ÚJEP v Ústí nad Labem, Technické univerzity v Liberci nebo různých zahraničních pracovišť. Membránový materiál je vybírán přímo pro danou aplikaci. Jsou studovány především různé polymerní membrány, membrány s vnitřní mikroporozitou, membrány s cílenou povrchovou úpravou, se zakotvenými iontovými kapalinami nebo vodou zbotnalé kompozitní filmy. Z experimentálních dat jsou vyhodnocovány transportní a separační vlastnosti těchto membrán. Data slouží k posouzení perspektivního využití studovaného materiálu i jako vstupní informace pro různé modely.
Iontové kapaliny v separačních procesech
Iontové kapaliny jsou ekologickou alternativou k obvyklým organickým rozpouštědlům. Jsou šetrné k životnímu prostředí a lze je využít i pro přípravu membrán k separaci plynných a kapalných směsí. Iontové kapaliny jsou dále studovány jako přídavná složka („azeotrope breaker“), která za vhodných podmínek vůbec umožní destilační dělení azeotropických směsí. Získaná experimentální data jsou využívána nejen pro testování teoretických modelů, ale k ověření simulací pomocí molekulární dynamiky. Data vedou také k rozšíření předpovědních metod založených na principu skupinových příspěvků.
Separace kapalných směsí
Studium separace kapalných směsí je realizováno ve vlastních pervaporačních a pertrakčních aparaturách. Zatímco pervaporací lze separovat různé kapalné směsi včetně azeotropických směsí, tak cílem pertrakčních experimentů je získání enantiomerně čisté sloučeniny a záchyt různých léčiv z vody. Výzkum probíhá ve dvou rovinách, a to experimentálně stanovením transportních a separačních vlastností a současně také teoreticky, kde se přímo využívá molekulární modelování pro úsporu množství experimentální práce. Vlastnosti membrán jsou dále popisovány i různými fyzikálně-chemickými modely.
Separace organických par ze vzduchu
Tato oblast výzkumu je zaměřena na studium transportních a separačních vlastností polymerních a kompozitních membrán pro záchyt organických par ze vzduchu. Membrány jsou studovány v delším kontaktu (minimálně týdny) s membránou, protože dlouhodobá stabilita je klíčovým faktorem při výběru vhodného materiálu. Dále jsou studovány vlastnosti membrán za různých vstupních podmínek. Experimenty jsou realizovány na vlastní unikátní a plně automatické permeační aparatuře.
Fázové rovnováhy v soustavách kapalina–plyn
Rovnovážné přístroje, které jsou k dispozici, umožňují měření rovnovah kapalina–pára v nejrůznějších tekutých soustavách. V posledních letech byly studovány zejména systémy polymer + rozpouštědlo, a to jak v dynamickém zařízení (ebuliometrie), tak staticky (stanovení tlaku nad kapalnou směsí). Velice přesná data jsou korelována pomocí teoretických modelů pro aktivitní koeficienty a stavové rovnice. Následně to umožňuje předpovědi fázového chování podobných soustav.
Separace racemických směsí
![Preferenční sorpce membrán k D-Triptofanu (modrá kolečka) a L-Triptofanu (červené čtverečky) jako funkce množství chirálního selektoru v horní vrstvě membrány. Separace racemických směsí](https://webarchiv.lib.cas.cz:443/wayback/20200907115113im_/https://www.icpf.cas.cz/wp-content/uploads/2020/01/separace-racemickych-smesi-300x237.png)
J. Membr. Sci., 2019, 117728, DOI: 10.1016/j.memsci.2019.117728.
Zařízení na úpravu bioplynu umístěné na bioplynové farmě Choťovice (vlevo) a její interiér (vpravo).
![Zařízení na úpravu bioplynu](https://webarchiv.lib.cas.cz:443/wayback/20200907115113im_/https://www.icpf.cas.cz/wp-content/uploads/2020/01/zarizeni-na-upravu-bioplynu-300x150.png)
- snížení odpovídajících kapitálových výdajů přibližně o 20 %,
- použití nově vyvinutého kompresního systému spolu s membránovým systémem v malých a mobilních jednotkách (viz obrázek výše) a
- nižším provozním výdajům až o 60 %.
Název
Řešitel
Jméno a příjmení
E-mail
Telefon
Pozice
Vedoucí vědeckého oddělení, Vedoucí vědecký pracovník
Zástupce vedoucího vědeckého oddělení, Vědecký pracovník