Chemické inženýrství

Výzkum v oboru separačních procesů je na ÚCHP v posledních letech soustředěn v Oddělení membránových separačních procesů. Membránové separace se zde využívají zejména k separaci plynných směsí (čištění surového bioplynu, separace těkavých organických látek ze vzduchu, číštění spalin). K těmto účelům se využívají různé polymerní membrány, membrány na bázi iontových kapalin, polymery s vnitřní mikroporozitou nebo kompozitní membrány.

Pro separace kapalných směsí se využívá pertrakce a pervaporace. Dlouhodobým tématem pak je dělení jednotlivých enantiomerů nebo eliminace léčiv a endokrinních disruptorů z vody pertrakcí. Pervaporace se pak využívá pro separace kapalných složek včetně azeotropických směsí. V rámci výzkumu se modelují transportní vlastnosti membrán jako je permeabilita, aktivační energie permeace a selektivita celého procesu separace. Data se vyhodnocují pomocí modelů založených na aktivitních koeficientech, tak i na stavových rovnicích, případně pomocí modelování molekulární dynamiky.

Výzkum v oboru katalýzy a reakčního inženýrství na ÚCHP probíhá v Oddělení katalýzy a reakčního inženýrství. Tento obor pokrývá širokou vědní oblast od přípravy katalyzátorů, studium transportu médií v katalyzátorech a jejich mikrostruktura až po jejich využití v procesním inženýrství. Objasnění vztahů mezi strukturou, složením, aktivitou a selektivitou oxidačních katalyzátorů umožní například účinnější využití biopaliv v automobilovém průmyslu nebo vyvinutí nových typů fotokatalyzátorů pro technologie ochrany životního prostředí.
Nedílnou součástí výzkumu je přesná charakterizace textury a mikrostruktury materiálů včetně objasnění transportu v pórech katalyzátoru. K tomu byl vyvinut vlastní software. Všechny tyto znalosti jsou využívány pro popis katalytických procesů a návrh optimální struktury pórů heterogenních katalyzátorů a v konečném důsledku i vlastní přípravy katalyzátoru.

Výzkum v oboru vícefázových systémů probíhá na ÚCHP v Oddělení vícefázových reaktorů. Výzkum vychází z dlouholeté tradice studia transportních a reakčních procesů soustav kapalina-plyn jako jsou probublávané kolony a jiné aerované systémy. Následně byl výzkum rozšířen i na systémy tekutina-tuhá fáze pro studium toku v granulárních médiích a systém kapalina-plyn-tuhá fáze, který popisuje třífázové aparáty, bioreaktory, flotace.
Výzkum vícefázových jevů probíhá na třech úrovních podle přirozené hierarchické struktury fyzikální reality, tedy na úrovni jedné až dvou částic (mikro), na úrovni klastru částic (mezo) a na úrovni celého aparátu (kontinuum – makro). Vedle experimentů jsou při studiu všech systémů využívány i teoretické modely numerické simulace. Experimenty jsou založeny na pokročilých diagnostických metodách jako jsou time-resolved PIV, microPIV, elektrodifúzní diagnostika či vysokorychlostní zobrazování. Teoretické a numerické metody využívají nejnovější software typu ANSYS Fluent, COMSOL, Matlab, apod. Nedílnou součástí výzkumu vícefázových systémů je i charakterizace fází a studium ustálených i dynamických dějů na úrovni fázového rozhraní. K tomu jsou využívány reometrické a tenziometrické metody.

Výzkum v oblasti mikroreaktorového inženýrství probíhá na ÚCHP ve Skupině mikroreaktorových technologií v rámci Oddělení vícefázových reaktorů. Hlavním tématem je aplikace průtočných mikro-reaktorů pro intenzifikaci a optimalizaci stávajících, a návrh nových chemických technologií. Zkoumané systémy zahrnují vícefázové procesy, které jsou jak nekatalytické, tak homogenně nebo heterogenně katalyzované. Příkladem mohou být v minulosti studované sulfonační a sulfatační reakce pro průmysl povrchově aktivních látek, absorpce plynů v kapalinách, selektivní katalytické oxidace a hydrogenace v plynné fázi, homogenní a heterogenní katalytické hydrogenace v kapalné fázi, radikálové polymerace a další. Procesy jsou studovány z hlediska hydrodynamiky, sdílení tepla a hmoty a chemické kinetiky za účelem návrhu průtočné technologie pro efektivní způsob přípravy konkrétních produktů. Laboratoř disponuje několika typy průtočných mikro-reaktorů různého měřítka, důraz je kladen také na on-line analýzu. Součástí výzkumných aktivit je také návrh zařízení, prototypování 3D tiskem a výroba mikro-reaktorů pro specifické aplikace.