Počkejte prosím chvíli...
Nepřihlášený uživatel
Nacházíte se: VŠCHT PrahaFCHI  → Studium na FCHI → Doktorské studium → Témata vypsaných disertačních prací
iduzel: 13278
idvazba: 15815
šablona: stranka
čas: 26.5.2019 03:50:23
verze: 4588
uzivatel:
remoteAPIs: https://cis-web-test.vscht.cz/redirect/
branch: trunk
Obnovit | RAW

Témata disertačních prací pro rok 2019/2020

Ústav chemického inženýrství

Chemické inženýrství

Studijní program: Chemické a procesní inženýrství (čtyřleté)

Bioinženýrské a farmaceutické využití lipozomů a jejich kompozitů

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)
Hanuš Jaroslav, Mgr. Ph.D. ( han...@vscht.cz)

Částicové modelování difúzních, rheologických, mezifázových a relaxačních vlastností polymerů

Kosek Juraj, prof. Dr. Ing. ( Jur...@vscht.cz)
Zubov Alexandr, Ing. Ph.D. ( Ale...@vscht.cz)
Disipativní částicová dynamika (DPD) je stochastickou technikou modelování pro simulaci jednoduchých i složitých tekutin. Tato technika je využívána v hydrodynamice pro analýzu problémů s časovým a/nebo prostorovým měřítkem přesahujícím možnosti molekulární dynamiky. DPD je nemřížkovou meso-skopickou simulační technikou uvažující částice pohybující se v kontinuálním prostoru. Částice zde reprezentují celé molekuly, segmenty molekul nebo malé elementy tekutin, tedy nikoliv jednotlivé atomy. DPD umožňuje simulovat polymerní tekutiny s objemy až 100 nm v jednom směru po dobu až milisekundy. Na začátku toho PhD projektu se student ocitne na křižovatce s mnoha náročnými a zajímavými problémy z oblasti chemického inženýrství a polymeračního reaktorového inženýrství. Příklady výzev, které na studenta čekají, jsou následující: · Difúzní tok transportující monomer(y) ke katalytickým centrům je omezen konečnou rychlostí molekulárního pohybu a nikoliv konstitutivními rovnicemi analogickými Fickově zákonu. Pokud bude tato hypotéza potvrzena, tak poskytne klíčové vysvětlení kinetických dat získaných během několika desetiletí. A standardní učebnice chemického inženýrství budou přepsány. · Reologie koncentrovaných roztoků polymerů (např. polymer nabobtnalý monomery) je otevřeným problémem a je důležitá např. pro suspenzní polymeraci a v přípravě polyurethanových pěn. · Difúze segmentů polymeru a mezifázové jevy jsou klíčem k pochopení fázové separace v jednotlivých nanočásticích latexu v emulzní kopolymeraci produkující produkty s vysokou přidanou hodnotou. · Systematické pochopení difúze penetrantů v polyolefinech zahrnující teplotní závislost a souhru mezi difúzí a relaxační dynamikou je dalším problémem se zásobou experimentálních dat, ale zatím s nedostatečným porozuměním. Doktorand(ka) se seznámí nejen s polymeračním reaktorovým a materiálovým inženýrstvím, polymerní fyzikou, fyzikální chemií, hydrodynamikou a koloidní chemií, ale bude také rozvíjet svoje schopnosti v oblasti matematického modelování. Projekt bude probíhat nejen v rámci výzkumné laboratoře, ale bude zahrnovat partnery z Evropských firem a univerzit. Projekt bude (snad) podporován grantovými projekty a smluvním výzkumem. Info: telefon +420 220 44 3296, místnost B-145, e-mail jkk@vscht.cz, web http://kosekgroup.cz

Částicové nanoreaktory na dálkové ovládání

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)
Hanuš Jaroslav, Mgr. Ph.D. ( han...@vscht.cz)

Elektrochemická úložiště energie na bázi chemie kov-vzduch

Kosek Juraj, prof. Dr. Ing. ( Jur...@vscht.cz)
Pocedič Jaromír, Ing. Ph.D.
Společnost se stále více začíná přiklánět k získávání elektrické energie z obnovitelných zdrojů a k jejímu skladování do období její potřeby. Bohužel hlubší rozmach stávajících technologií pro ukládání elektrické energie, jako jsou například lithium-iontové baterie či vanadové redoxní průtočné baterie, je brzděn vysokou cenou základních surovin pro jejich výrobu. Jednou z cest, jak na trh přinést levné technologie pro akumulaci elektrické energie, je využít coby elektroaktivní materiály nejhojněji zastoupené chemické prvky či sloučeniny v zemské kůže. Těmi jsou běžně požívané kovy jako železo, zinek, hliník či hořčík, ale také překvapivě i vzdušný kyslík.

Nosným tématem této práce bude výzkum v oblasti elektrochemického systému zinek-vzduch. Pozornost se bude věnovat studiu a optimalizaci jednotlivých komponent systému. Důraz bude kladen na komplexní pochopení dějů probíhajících na zinkové a kyslíkové elektrodě během nabíjení a vybíjení pomocí pečlivě navržených experimentů či matematických modelů. Zároveň bude optimalizována struktura zinko-vzduchové technologie z hlediska jejího uspořádání (sekundární baterie/regenerační palivový článek, mono-/bi-funkční elektrody), tak aby byla zajištěna dlouhodobá stabilita navrženého systému.

Výstupem doktorské práce bude nejen série publikací, ale také praktické poznatky vedoucí ke zdokonalení technologií na bázi kov-vzduch a to vzhledem k energetické účinnosti, životnosti a maximálnímu měrnému výkonu. Na projektu bude doktorand spolupracovat nejen v týmu doktorandů a post-doků na našem pracovišti, ale také s partnery z několika firem a univerzit.

Info: tel. 220 44 3296, č.dv. B-145, e-mail jkk@vscht.cz, web http://kosekgroup.cz

Experimentální studie utváření morfologie polymerů a polymerních filmů

Kosek Juraj, prof. Dr. Ing. ( Jur...@vscht.cz)
Zubov Alexandr, Ing. Ph.D. ( Ale...@vscht.cz)
Doktorský projekt se bude zabývat utvářením morfologie ve vybraných polymerních systémech, konkrétně: (i) semi-krystalickou morfologií polyolefinů včetně houževnatého polypropylénu, a (ii) filmy vznikajícími z polymerních latexů. Morfologie polymerů určuje jejich aplikační (tj. mechanické, optické a transportní) vlastnosti. Cílem tohoto projektu bude experimentálně-podložená analýza detailního mechanismu utváření morfologie s využitím řady vizualizačních či jiných technik (AFM, SEM/TEM, micro-CT, konfokální Raman, SAXS, DSC, TD-NMR, ….).
Mezi obtížné úkoly patří vizualizace morfologie semi-krystalických polyolefinů (lamely ~ 10 nm) organizovaných do super-struktur (~ 100 až 1000 nm). Obtížnost tohoto úkolu je dána často protichůdnou interpretací různých vizualizačních technik a dosud neuspokojivou metodikou charakterizace pomocí morfologických deskriptorů. Novou problematikou bude utváření morfologie filmů vzniklých z polymerních latexů procesy: (i) vypařování, koncentrace a organizace koloidních částic, (ii) deformace částic, (iii) difúze polymerních řetězců. Cílem zde bude charakterizace morfologie v různých stavech mezi původním latexem a výsledným kompaktním filmem.
Morfologie polymerů je důsledkem různých procesů hnaných fázově-separační termodynamikou včetně krystalizace, kinetikou krystalizace, difúzními a osmotickými procesy, interakcemi zahrnujícími povrchové napětí včetně kapilárních efektů, elektrostatickými a van der Waalsovými interakcemi. Důsledky těchto a dalších morfologii-utvářejících procesů může odhalit jen důkladně teoreticky i prakticky připravený doktorand.
Výsledkem tohoto experimentálně a teoreticky náročného doktorského projektu bude kromě publikací prvotřídní expert orientující se perfektně v mnoha oblastech polymeračního a materiálového inženýrství. Zkušenosti získané v rámci tohoto projektu tak budou široce uplatnitelné také pro jiné polymery, kovové a dřevěné materiály, biologické systémy, keramiku, potravinářské a kosmetické produkty a další.
Info: tel. 220 44 3296, č.dv. B-145, e-mail jkk@vscht.cz, web http://kosekgroup.cz

Fluidní procesy zpracování nano-suspensí

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)

Charakteriza a modifikace tokových vlastností prášků

Šoóš Miroslav, doc. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Flow properties of powders are essential during their processing as they can affect composition of the prepared product. This project is focused on the characterization of the drug crystal powder flow properties and possibilities of their modification. Student will be in the first part of the project responsible for production of crystals of a drug with various sizes and surface properties using crystallization process, precipitation or milling. Furthermore, to modify surface properties of these particles surfactants or various polymers will be used to coat the particle surface. Prepared particles will be characterized by a combination of techniques including SEM combined with image analysis, XRD, wettability test, contact angle measurement and powder rheology. Obtained results will be used to correlate particle flow properties with their surface, size and shape properties. Experimental work will be combined with modelling activity where DEM will be used to simulate the flow of studied powders, with a goal to provide theoretical explanation of the measured flow properties. To do so DEM will be combined with appropriate particle contact models including adhesion, elastic or plastic deformation etc.

Chemicko-inženýrský výzkum generování a depozice nanočástic

Kosek Juraj, prof. Dr. Ing. ( Jur...@vscht.cz)
Zubov Alexandr, Ing. Ph.D. ( Ale...@vscht.cz)
Speciální vlastnosti nanočástic předurčují jejich využití v řadě aplikací, z nichž naše výzkumná laboratoř vyvíjí řešení s generováním a depozicí nanočástic pro elektrochemické baterie, superkapacitory, fotochemické štěpení vody a elektrostatickou ochranu materiálů. Nanočástice lze připravovat řadou metod, z nichž každá produkuje specifickou distribuci velikosti a tvaru nanočástic a jejich aglomerátů. V rámci Ph.D. projektu se bude doktorand(ka) zabývat dvěma technikami přípravy nano-částic umožňujících zvětšování měřítka procesu.
První z nich je příprava nanočástic z roztoků prekursorů elektrorozprašováním, kde je tvorba nanočástic zajištěna samovolným rozpadem generovaných mikro-kapiček při překročení kritické povrchové nábojové hustoty. Cílem projektu zde bude zejména studium aplikačních vlastností deponované vrstvy nanočástic jakož i fundamentální kvantitativní studium porosity, (ne)rovnoměrné tloušťky a morfologie deponované vrstvy nanočástic. Elektrorozprašování je levnou metodou, která umožňuje řídit distribuci velikostí generovaných nanočástic. Druhou metodou přípravy nanočástic je superkritické vysolování. Zde bude cílem Ph.D. projektu vyvinout základní chemicko-inženýrský model této metody umožňující zvětšování měřítka procesu produkujícího nanočástice z levných prekurzorů bez nežádoucích vedlejších produktů (např. HCl).
Problém aglomerace nanočástic a jejich depozice bude také studován matematickým modelováním metodou diskrétních elementů (DEM). Doktorand(ka) bude pracovat v sehraném týmu doktorandů a post-doků, ale také bude spolupracovat s firemními partnery. Výzkumné laboratoře jsou vybaveny několika generacemi elektrorozprašovacích zařízení vlastní konstrukce. K dispozici jsou potřebné metody charakterizace aplikačních vlastností deponovaných vrstev (např. superkapacitorů) i testování distribuce vzniklých částic (zeta-sizer), jejich složení (konfokální Ramanův mikroskop) či morfologie deponovaných vrstev (mikro-tomografie, mikroskopie atomárních sil AFM).
Info: tel. 220 44 3296, č.dv. B-145, e-mailjkk@vscht.cz, webhttp://kosekgroup.cz

Chemobrionika: od chemických zahrádek k protobuňkám

Čejková Jitka, Ing. Ph.D. ( Jit...@vscht.cz)
Zadražil Aleš, Ing. Ph.D. ( Ale...@vscht.cz)
Cílem práce bude studium tzv. chemických zahrádek, kde ve vodě rozpustné anorganické soli reagují s křemičitanem sodným za vzniku zajímavě tvarovaných tubulárních nerozpustných křemičitanů. Projekt „Chemobrionika: od chemických zahrádek k protobuňkám“ si klade za cíl experimentálně studovat systémy, které obsahují organické sloučeniny a které jsou morfologicky podobné tradičním anorganickým chemickým zahrádkám. Student se se zaměří na zmenšování měřítka prováděných experimentů, jak s organickými, tak anorganickými systémy, a na hledání podobnosti mezi chemobrionickými strukturami a živými systémy. Cílem bude nalézt a charakterizovat tzv. chemobrionické protobuňky, tedy objekty o velikostech v řádu stovek mikrometrů s vlastnostmi podobnými živým buňkám. Studována bude zejména jejich tvarová rozmanitost a budou hledány souvislosti mezi změnami tvaru umělých a živých buněk. Projekt spadá do mezioborové oblasti zvané umělý život (angl. artificial life), která studuje neživé systémy mimikující chování jejich živých protějšků.
Zásady: 1. Na základě literární rešerše zpracujte přehled týkající se tzv. protobuněk - laboratorně připravených objektů mimikujících chování živých buněk.
2. Zpracujte literární rešerši týkající se chemických zahrádek, zaměřte se na hledání souvislostí mezi chemickými zahrádkami, protobuňkami a vznikem života na Zemi.
3. Experimentálně studujte systémy obsahující organické sloučeniny s cílem nalézt analogii mezi čistě anorganickými chemickými zahrádkami a podobnými útvary tvořenými v organických roztocích.
4. Zaměřte se na studium růstu chemobrionických přívěsků z organických kapek a anorganických krystalů v organických roztocích.
5. Zaměřte se na studium morfologie chemobrionických protobuněk a jejich chování v různých prostředích.

Inženýrské přístupy k návrhu tenkých filmů pro doručování léčiv

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)

Inženýrství reakčně-transportních dějů v porézních katalyzátorech a filtrech

Kočí Petr, doc. Ing. Ph.D. ( pet...@vscht.cz)
Práce se zaměřuje na vývoj inženýrských metod pro přípravu a testování porézních katalyzátorů a katalytických filtrů s ohledem na řízení a optimalizaci morfologie pórů, rozmístění a velikosti nanočástic pro dosažení požadovaných transportních a katalytických vlastností. Bude mimo jiné studován vliv distribuce velikosti částic a použití šablon umožňujících kontrolovat porozitu a distribuci velikostí pórů jak v měřítku nanometrů, tak i na úrovni velkých transportních pórů v řádu mikrometrů. U katalytických filtrů budou zkoumány metody řízeného nanášení katalytického materiálu dovnitř porézní struktury filtru, či podle potřeby naopak do ohraničené vrstvy na povrchu filtru. Morfologie připravených vzorků bude analyzována na základě snímků z elektronových mikroskopů (SEM, TEM), elektronové a rentgenové tomografie. Vliv porézní struktury na celkovou účinnost katalyzátoru či filtru pak bude testován v laboratorním reaktoru. Téma je řešeno ve spolupráci s předním světovým výrobcem katalyzátorů Johnson Matthey a finančně podporováno evropským projektem Horizon 2020.

Litografické mikrogely jako umělé buňky

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)
Řehoř Ivan, RNDr. Ph.D. ( REH...@vscht.cz)

Matematické modelování elektrochemických článků

Kosek Juraj, prof. Dr. Ing. ( Jur...@vscht.cz)
Mazúr Petr, Ing. Ph.D.
Rozvoj obnovitelných zdrojů energie (větrných turbín a fotovoltaiky) jakož i elektromobilů klade vysoké nároky na ukládání elektrické energie buď ve stacionárních distribuovaných úložištích energie nebo v bateriích s vysokou měrnou energií a dostatečným výkonem. Vývoj technicky, ekologicky, bezpečnostně i cenově vyhovujících řešení pro tyto aplikace probíhá primárně empiricky. Cílem tohoto projektu je vyvinutí modelů několika elektrochemických článků, které umožní lépe pochopit praktická omezení jednotlivých článků, otestovat různé hypotézy a systematicky vyvíjet lepší elektrochemické články.
Jedná se o vysoce aktuální Ph.D. projekt navazující na experimentální výzkum v naší výzkumné laboratoři. Řešením modelových rovnic budou jednak koncentrační a potenciálové profily, jednak zátěžové a vybíjecí charakteristiky různých baterií. Soustředíme se na následující elektrochemické systémy: (i) redoxní průtočné baterie, (ii) klasické olověné akumulátory, (iii) zinko-vzduchové sekundární baterie či palivové články. V modelování budou využity také meso-skopické prostorově 3D modely navazující na naše předchozí aktivity. Tak bude možno například simulovat transport kyslíku a jeho redukci na vzduchové porézní elektrodě baterie zinek-vzduch či dendritický růst zinku při jeho depozici.
Doktorand(ka) se kromě modelování seznámí s teoretickými pasážemi vztahujícími se k termodynamice koncentrovaných elektrolytů a transportu iontů v těchto elektrolytech, popisem porézních či pastovaných elektrod, vlivem částečné rozpustnosti některých látek na činnost elektrochemických cel, fázovými přeměnami v blízkosti povrchu elektrod atd. Současně bude úzce spolupracovat s experimentální částí laboratoře na testování různých hypotéz. Na projektu bude spolupracovat nejen v týmu doktorandů a post-doků na našem pracovišti, ale také s partnery z firem a univerzit.

Matematické modelování reakčně-transportních dějů v integrovaných mikroreaktorech-mikroextraktorech

Přibyl Michal, prof. Ing. Ph.D. ( pri...@vscht.cz)
Matematické modelování je účinným nástrojem pro návrh, optimalizaci a ověřování chodu mikroreaktorů i mikroseparačních zařízení. Multifyzikální matematické modely v sobě kombinují popis toku tekutiny v zařízení, transportu chemických složek a působení elektrických sil na iontové složky. Mikroreaktory umožňují přípravu speciálních chemických produktů, které není možno vyrobit v tradičních typech reaktorů buď vůbec nebo v nižší kvalitě či s nižším výtěžkem. Mikrofluidní zařízení pracují většinou v kontinuálním režimu a mohou snadno kombinovat několik jednotkových operací na jednom čipu. Typickým příkladem je uskutečnění chemické reakce (chemický mikroreaktor) se současnou separací reakčních produktů (mikroextraktor). Protože řada enzymových reakcí katalyzuje vznik produktů iontové povahu, lze použitím elektrického pole urychlit transport jednotlivých reakčních složek přes fázové rozhraní a tím i celý extrakční proces. Hlavními cíli navrhovaného tématu jsou: · Vytvořit matematický model enzymového mikroreaktoru/mikroextraktoru se souproudým nebo protiproudým uspořádáním nebo uspořádáním využívajícím segmentovaný tok. · Uskutečnění rozsáhlé numerické analýzy matematického modelu za účelem důkladného pochopení chování systému při změnách konstrukčních a provozních parametrů včetně parametrů vkládaného elektrického pole. · Uskutečnění parametrických studií zaměřených na nalezení režimu s vysokým stupněm konverze a s vysokou selektivitou vzhledem k žádanému produktu. · Porovnání výsledků numerické analýzy s dostupnými experimentálními daty. · Generalizace získaných údajů do formy kriteriálních rovnic. Školící pracoviště disponuje kvalitní výpočetní technikou. Předpokládá se podíl doktoranda/ky na řešení grantových projektů a aktivní účast na mezinárodních vědeckých konferencích.

Matematické modelování vzniku a rozpouštění strukturovaných částic a tablet

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)
Grof Zdeněk, Ing. Ph.D. ( zde...@vscht.cz)
Strukturované částice (např. granule) a jejich soubory (např. tablety, kapsle) jsou všudypřítomné v oblasti farmacie, potravinářství nebo spotřební chemie. Jejich vznik (granulace, fluidní potahování, lisování) i zánik (rozpouštění, desintegrace) v sobě kombinují řadu elementárních fyzikálně chemických dějů, jejichž interakce rozhoduje o finálních užitných vlastnostech produktu. Cílem tohoto projektu je vývoj, validace a aplikace hierarchických matematických modelů, které umožní proces vzniku a zániku mikrostruktury částicových systémů simulovat na počítači a racionálně parametrizovat. Projekt bude probíhat ve spolupráci s průmyslovým partnerem (Zentiva, a.s.).

Modelování pokročilých katalytických reaktorů pro konverzi automobilových výfukových plynů

Kočí Petr, doc. Ing. Ph.D. ( pet...@vscht.cz)
Práce se věnuje modelování pokročilých katalytických reaktorů pro konverzi automobilových výfukových plynů. Student se seznámí se stávajícími modely běžně používanými v automobilovém průmyslu a bude vyvíjet modely reakce a transportu v nových typech strukturovaných katalyzátorů a filtrů, spojujících několik funkcí a materiálů dohromady. Na základě experimentálních dat z laboratorního reaktoru budou formulovány reakční mechanismy, vyhodnoceny kinetické parametry a ověřena platnost modelů. Vyvinuté matematické modely pak budou využity pro parametrické simulační studie reálných jízdních cyklů, sloužící k návrhu katalytického konvertoru splňujícího nové, přísnější emisní normy.

Morfologií ovlivněná sorpce plynných a kapalných penetrantů v polyolefinech

Kosek Juraj, prof. Dr. Ing. ( Jur...@vscht.cz)
Zubov Alexandr, Ing. Ph.D. ( Ale...@vscht.cz)
Sorpce monomerů a zřeďovadel v polyethylenu (PE) ovlivňuje reakční rychlost v polymeračních reaktorech, složení kopolymeru a následné odplyňování reziduálních zbytků organických látek. Znalost sorpčních rovnováh penetrantů o nízké molární hmotnosti v PE je důležitá pro návrh a optimalizaci operačních podmínek ve výrobě polyolefinů.
Navzdory svému významu jsou termodynamicky konsistentní a prediktivní nástroje pro sorpční rovnováhy v polyolefinech dostupné jen pro několik specifických případů a snahy o predikci bobtnání těchto semi-krystalických polymerů s využitím stavových rovnic nebyly zatím úspěšné. Predikce difúze v polyolefinech je dalším otevřeným problémem. Tato situace je způsobena řadou důvodů: (i) nedostatečným souborem experimentálních dat pro široké rozmezí různých jakostních typů PE, teplot, tlaků a složení plynných směsí, (ii) elastickými omezeními reprezentovanými vaznými řetězci spojujícími krystalické lamely a ovlivňujícími termodynamiku amorfní fáze, (iii) nesprávnou interpretací semi-krystalické morfologie nízko-krystalických PE, (iv) zanedbáním vlivu relaxační dynamiky v PE na difúzi, a (v) teplotně-závislou krystalinitou.
Cílem tohoto projektu je návrh a validace konzistentního termodynamického popisu (ko)sorpčních procesů v polyolefinech. K tomuto účelu budou využity následující nástroje: (i) gravimetrická sorpční měření, (ii) měření bobtnání, (iii) měření dynamiky tlakové odezvy, (iv) AFM, SEM, mikro-CT a ultramikrotom, (v) DSC s tlakovou celou, (vi) konfokální Ramanova mikroskopie v tlakové cele, a (vii) stavová rovnice PC-SAFT.
Doktorand bude zapojen do řady aktivit napomáhajících jeho osobnímu rozvoji včetně stavby nových zařízení a řešení grantů a průmyslových projektů. Doktorand bude také vyslán na pracovní pobyt na některé evropské pracoviště, se kterým je navázána spolupráce.
Info: tel. 220 44 3296, č.dv. B-145, e-mail jkk@vscht.cz, web http://kosekgroup.cz

Návrh a aditivní výroba personalisovaných léčiv

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)

Pokročilé metody výroby nanočásticových systémů pro biomedicínské aplikace

Tokárová Viola, Ing. Ph.D. ( vio...@vscht.cz)
Kašpar Ondřej, Ing. Ph.D. ( KAS...@vscht.cz)

Použití vícerozměrových populačních bilancí pro modelování komplexních průmyslových procesů

Šoóš Miroslav, doc. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Project is a part of large initiative to develop and consequently use engineering models to describe unit operations involving L-L or S-L systems typically used in food, pharmaceutical or chemical industry including emulsification or crystalization. All these proceses are characterized by evolution of dispersed phase properties, i.e. size, shape, composition or surface mophology. To predict such processes it is common to use population balances, which are rutinely used to describe evolution of one internal coordinate. However, all operations mentioned above are dealing with simultaneous evolution of several coordinates, i.e. size and composition, size and morphology, size and shape. The main goal of this thesis is to develop suitable mathematical methods to describe evolution of several product properties during a single process described by multi-variate population balances (PB). In parallel to the modeling activity, student will be also responsible for collection of experimental data, which will be used for validation of the developed mathematical models. As a model case we will use crystallization, where we will considered evolution of crystal size and shape or surface morphology. Since this process is affected by the flow field in the crystalizer, studetn will be also responsible for modelling of flow field in used unit and in the later stage, when necessary also to implementation of developed multi-variate PB into CFD code.

Průtočné milifluidní systémy pro výzkum elektromembránových separačních procesů

Slouka Zdeněk, doc. Ing. Ph.D. ( Zde...@vscht.cz)
Elektrodialýza a elektrodeionizace jsou široce průmyslově používané separační membránové procesy, které kromě tradičního využití v oblasti odsolování vod, nalézají stále více aplikací v oblasti zpracovávání chemického odpadu, v potravinářství a při produkci chemikálií s přidanou hodnotou. Tyto procesy jsou založeny na použití tzv. iontově-výměnných membrán, jež díky své unikátní vlastnosti, tzv. iontové selektivitě, umožňují separaci vybraných iontů ze zpracovávaných roztoků. Hlavním úkolem této disertační práce bude konstrukce milifluidního elektrodialyzéru, jež bude umožňovat podrobnou experimentální studii různých odsolovacích procesů. Tento milifluidní systém by měl umožnit kromě vlastní elektrochemické charakterizace odsolování též studium koncentračních prostorových změn nastávajících podél diluátového a koncentrátového kanálu a pozorování elektrokinetických jevů odehrávajících se na rozhraní membrány a roztoku s vysokým stupněm odsolení.

Příprava hierarchických struktur a studium jejich interakce s živou buňkou

Tokárová Viola, Ing. Ph.D. ( vio...@vscht.cz)

Příprava porézních nosičů pro imobilizaci enzymů a jejich aplikace v biokatalýze

Šoóš Miroslav, doc. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Application of enzymes for catalysis of various reaction is ever growing field. This is due to low energy demand and high specificity of the catalyzed reactions. Significant disadvantage of this technology is loss of enzyme activity and removal of the enzyme from the reaction system. Solution for these problems is enzyme immobilization on a suitable support. Despite scientific effort there is still not a unique method suitable for every enzyme, which is related to the particular properties of enzyme including 3D conformation and their interaction with used support. In this project we will use recently developed technology of reactive gelation suitable for buildup of 3D porous material with tunable porosity and pore size distribution combined with covalent bonding of enzymes to the surface of prepare material. To understand impact of enzyme-surface interactions we plan to use various polymers combined with different spacer molecules placed between porous material and enzyme anchoring group. In this way we will be able to study impact of these interaction on the enzyme activity and yield of reaction. Once the system will be established we will further investigate effect of process conditions (dispersed porous particles vs. packed bed), effect of ionic strentg, pH, substarte concentration etc., on the yield ans selectivity of the perfoemd enzymatic reaction. In the last part of the project the system will be extended towards multiple consequent enzymatically catalyzed reactions. Student will be involed in the preparation of porous material and its characterization as well as in the surface functionalization with suitable enzyme anchoring moieties. Consequently, student will be responsible for enzyme attachment and testing of its activity and yield.

RYCHLOSTNÍ MODEL VÍCESLOŽKOVÉ REKTIFIKACE. EXPERIMENTÁLNÍ OVĚŘENÍ.

Rejl František, doc.Ing. Ph.D. ( r...@vscht.cz)
Současné návrhy rektifikačních kolon jsou založeny především na zkušenosti a jsou v podstatě empirické povahy. Vývoj výpočetních technologií přinesl jistá zlepšení zavedením tzv „rate-based“ modelů využívající k popisu numerickou integraci diferenciálních bilancí hybnosti, energie a hmotnosti. Nedostupnost a nespolehlivost koeficientů úměrnosti charakterizujících rychlost procesů zahrnutých v těchto modelech je hlavní brzdou jejich širšího použití. Současné způsoby jejich získávaní přenosem z absorpce na destilaci a z analogie mezi přestupem tepla a hmoty jsou riskantní a při návrhu vyžadují použití velkých bezpečnostních koeficientů. Rovněž Maxwell-Stefanův přístup k výpočtu mezifázových toků hmoty z koeficientů přestupu získaných pro příslušné binární systémy, který je používán k výpočtu koeficientů v multi-komponentních směsích, nebyl dosud experimentálně ověřen. Neexistovala totiž metoda přímého stanovení transportních koeficientů při destilaci. Na našem pracovišti byla vyvinuta a úspěšně testována metodika přímého stanovení transportních koeficientů při destilaci a výrazně tak posílila možnost kritického zhodnocení současných postupů jejich získávání. Cílem disertační práce je ověřit Maxwell-Stefanův přístup k výpočtu koeficientů přestupu hmoty v multi-komponentních směsích z binárních koeficientů. K ověření budou použity koeficienty přestupu hmoty změřené ve třech binárních směsích tvořících ternární směs metanol/etanol/1-propanol a koncentrační profily podél výplně změřené pro tuto ternární směs. Konečným cílem tohoto výzkumu je zpřesnění návrhu kolon na základě simulačních rate-based modelů využitím transportních koeficientů přestupu hmoty změřených přímo v rektifikační koloně.

Řízená příprava polymorfních forem léčiv

Šoóš Miroslav, doc. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Polymorphic transformation is a phenomena occuring during crystallization process where depending on the conditions there is possibility to prepare solid forms with various properties. This is of particular importance when considering that such transformation is occuring in a stomach or intestine after drug oral administration. In this project we will investigate possibility to controll this process by addition of pharmaceutically aceptable small molecules, surfactants or soluble polymers. Furthermore, stabilization of various drug polymorphs will be also investigated by addition of nanoparticles with suitable surface moieties. In this case nanoparticles with various types of surface groups and their density will be prepared and characterized. All above mentioned possibilities will be tested under physiologically relevant conditions, i.e. various levels of drug supersaturation, ionic stregth and pH values. Prepared crystals or nanoparticle-crystals complexes will be characterized by SEM, XRD, DSC and Raman spectroscopy. in addition their dissolution kinetics will be also measured to investigate the impact of particle morphology. Due to strong interaction of atoms of drug molecules and added compounds, parallel to experimenta activity student will be also involved in the modelling of these interaction with suitable models.

Řízení povrchového elektrostatického náboje pro separaci a recyklaci částicových dielektrik

Kosek Juraj, prof. Dr. Ing. ( Jur...@vscht.cz)
Zubov Alexandr, Ing. Ph.D. ( Ale...@vscht.cz)
Elektrostatické nabíjení filmů a malých částic elektricky izolačních materiálů je nežádoucím jevem v řadě chemických technologií. K nabití totiž stačí třecí kontakt těchto objektů. Vybít povrch dielektrika bez chemické změny je však zpravidla obtížné. Proto i při výrobě, zpracování a transportu prášků dielektrik (polymery, léčiva, mouka, pigmenty) dochází k akumulaci náboje. Tento náboj například ve fluidních polymeračních reaktorech způsobuje aglomeraci polymerních částic a vytváření nánosů na stěnách reaktoru, což může vést až k nucené odstávce reaktoru. Nabité prášky obecně představují také bezpečnostní riziko, neboť akumulovaný náboj se může náhle vybít a vznítit hořlaviny, nebo poškodit elektronické přístroje v blízkosti.
Povrchová hustota náboje v prášcích dosahuje běžně hodnoty 10 000 elektronů/mikron2. Řízené elektrostatické nabíjení je využíváno v elektro-statických odlučovačích popílku nebo v laserových tiskárnách. Cílem tohoto Ph.D. projektu je vytvoření experimentálního základu (systematické série dat) pro nabíjení a vybíjení v práškových materiálech, který poskytne ucelený pohled na problematiku a povede k vytvoření chybějícího popisu elektrostatického nabíjení a vybíjení. Současně bude student/ka intenzivně zkoumat možnost cílené kontroly povrchového náboje dielektrik a možnou separaci částic dielektrik podle elektrického náboje.
Na doktoranda zde čeká řada otevřených problémů: (i) souvislost elektrostatického nabíjení s mechanickými a chemickými vlastnostmi materiálů, (ii) disipace elektrostatického náboje, (iii) nabíjení za podmínek simulujících reálnou výrobu průmyslově významných prášků (např. polyolefinů), (iv) nabíjení a jeho vliv na ulpívání částic na stěnách zařízení, (v) nabíjení pro separaci a recyklaci plastů. Jedná se o průkopnickou, ale velmi potřebnou práci, která je dostatečnou výzvou pro studenta zajímajícího se o fyzikálně-chemickou podstatu výše popsaných dějů. Doktorand(ka) bude pracovat v týmu vysoce kompetentních doktorandů a post-doků v našich výzkumných laboratořích, ale také bude spolupracovat s partnery z evropských firem. Laboratoř je dobře vybavena pro měření elektrostatických dějů a charakteristik (Faradayův hrnec, nabíjení v koroně, vysoko-napěťový separátor) a pro charakterizaci texturních a materiálových vlastností prášků (mikro-tomografie, mikroskopie atomárních sil – AFM).
Info: tel. 220 44 3296, č.dv. B-145, e-mailjkk@vscht.cz, web http://kosekgroup.cz

Studium transportních charakteristik v různých typech bioreaktorů

Moucha Tomáš, doc. Dr. Ing. ( mou...@vscht.cz)
Stále častěji je návrh nových komplexních technologií založen na výsledcích z numerických simulací. Aby však tyto výsledky odpovídaly realitě, numerické metody potřebují spolehlivé fyzikální modely založeny na spolehlivých experimentálních datech. Fermentace, ve kterých dochází ke kontaktu kapaliny a plynu, k takovým komplexním biotechnologiím patří a výběr vhodného bioreaktoru je klíčový s ohledem na životnost přítomných mikroorganismů. Cílem doktorského studia je pro modelové vsádky experimentálně získat návrhové parametry různých typů bioreaktorů, které umožní ověřit spolehlivost fyzikálních modelů a tím i výsledky numerických metod. Takto ověřené výpočetní metody budou výhodné jednak svou univerzalitou pro různé typy zařízení, a jednak možností extrapolovat návrhové parametry mimo rozsah měřitelných provozních podmínek.
Obě spolupracující pracoviště jsou dostatečně vybavené a celkem disponují třemi typy bioreaktorů, které jsou vhodné pro měření návrhových parametrů: i) mechanicky míchaný reaktor, ii) probublávaná kolona a iii) air-lift reaktor. Modelové vsádky budou navrženy na základě fyzikálních vlastností reálných fermentačních médií.
Požadavky na uchazeče: VŠ vzdělání (magisterský studijní program) v oboru chemického inženýrství, strojního inženýrství, organické technologie, biotechnologie a podobných oborech; schopnost týmové, systematické a tvořivé práce; zájem o experimentální práci.
Zásady: /Elaboration principles:
1. Prostudovat odbornou literaturu na téma hydrodynamika a přenos hmoty v mechanicky míchaných nádobách, probublávaných kolonách a air-lift reaktorech.
2. Osvojit si techniky měření transportních charakteristik (parametry charakterizující promíchávání v bioreaktorech, objemový koeficient přestupu hmoty, zádrž plynu aj.).
3. Provést systematická měření transportních charakteristik v různých modelových vsádkách a ve třech typech bioreaktorů: mechanicky míchaný reaktor, probublávaná kolona a air-lift reaktor.
4. Na základě získaných výsledků porovnat jednotlivé typy reaktorů, charakterizovat společné i rozdílné vlastnosti a vyhodnotit vhodnost jejich použití.
/
1. To study the state of the art in hydrodynamics and mass transfer in stirred tank reactors, bubble columns and air-lift reactors.
2. To acquire the techniques of transport characteristics measurement (parameters describing the liquid mixing in bioreactors, volumetric mass transfer coefficient, gas hold-up, etc.).
3. To provide the systematic measurements of transport characteristics for different model liquids in three types of bioreactors: stirred tank reactor, bubble column and air-lift reactor.
4.According to obtained results, to compare the individual bioreactors, to characterize the similar and different properties and to assess their applicability.

Syntéza a charakterizace částic s imuno-adhesivními vlastnostmi

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)
Lizoňová Denisa, Ing. ( den...@gmail.com)

Systémy s vodivými nanomateriály pro detekci biomolekul a uchovávání energie

Slouka Zdeněk, doc. Ing. Ph.D. ( Zde...@vscht.cz)
Vodivé nanostrukturované materiály vykazují celou řadu zajímavých vlastností, z nichž z pohledu chemického-inženýrství hrají důležitou roli vysoký mezifázový povrch a krátké transportní vzdálenosti. Tyto materiály jsou syntetizovány v míchaných reaktorech a jsou následně dostupné ve formě velice jemného, pevného materiálu. Inženýrskou otázkou zůstává, jakým způsobem tyto materiály v dané formě využít v tvz. mokrých aplikacích, tzn. aplikacích, ve kterých tyto vodivé nanostrukturované materiály budou ve styku s kapalnou fází. Hlavní naplní této disertační práce bude vývoj technologií umožňujících práci s nanostrukturovaným vodivým materiálem a jeho následnou imobilizaci v příslušných fluidních systémech. V těchto systémech bude materiál charakterizován pomocí elektrochemických metod především s ohledem na možné použítí v oblasti biosenzorů a bateriíí.

Utváření mikro a nanostrukturovaných tepelně izolačních materiálů

Kosek Juraj, prof. Dr. Ing. ( Jur...@vscht.cz)
Zubov Alexandr, Ing. Ph.D. ( Ale...@vscht.cz)
Cílem tohoto projektu je optimalizace izolačních vlastností stávajících materiálů a vývoj nové generace izolačních materiálů na základě experimentálních a teoretických poznatků o utváření mikro- a nanostrukturovaných materiálů. Tyto materiály by výrazně snížily spotřebu energie na vytápění a také klimatizaci budov.
Připravovat mikro- a nanostrukturované materiály lze několika způsoby. Doktorand(ka) se bude věnovat zejména těmto metodám přípravy: (i) laserově a (ii) tlakově vyvolanému vypěňování a (iii) tepelně vyvolané fázové separaci. Laserově indukované vypěňování je zcela nová metoda, která umožňuje pozorovat prvopočátky utváření mikro- a nanostrukturovaných materiálů. Znalosti o prvopočátcích utváření takovýchto materiálů jsou nedostatečné, proto se stále ještě ve velkém nevyrábí mikro- a nanostrukturované materiály, jejichž tepelně izolační vlastnosti několikanásobně převyšují vlastnosti stávajících materiálů.
Tlakově vyvolané vypěňování umožňuje optimalizaci stávajících materiálů a používá se k tomu na místo běžně užívaných organických nadouvadel superkritický CO2, který je k životnímu prostředí šetrnější.
Metoda tepelně indukované fázové separace umožňuje připravovat různé mikro- a nanostrukturované materiály. Tím se otevírají nejen nové aplikační možnosti daných materiálů, ale také vývoj nové generace izolačních materiálů.
Doktorand(ka) bude mít k dispozici laboratoře velmi dobře vybavené pro strukturní analýzu materiálů (optický mikroskop, mikro-CT, SEM, AFM, Hg porozimetr, He pyknometr, BET, konfokální Raman) včetně přístrojů pro studium sorpčních, transportních a tepelně izolačních vlastností. Doktorand(ka) bude spolupracovat s AV ČR a s NTC-ZČU a bude vyslán(a) na pracovní pobyt na některé z evropských spolupracovišť. Tato práce je podporována granty a průmyslovými spolupracemi.

Info: tel. 220 44 3296, č.dv. B-145, e-mailjkk@vscht.cz, web http://kosekgroup.cz

Vícefázové mikroreaktory-mikroseparátory pro enzymovou syntézu

Přibyl Michal, prof. Ing. Ph.D. ( pri...@vscht.cz)

Víceúrovňové modelování transportu a reakce v porézních katalytických filtrech

Kočí Petr, doc. Ing. Ph.D. ( pet...@vscht.cz)
Práce se zabývá podrobným matematickým modelováním porézních katalytických filtrů pro čištění automobilových výfukových plynů. Struktura filtru je počítačově rekonstruována v 3D na základě snímků z elektronových mikroskopů (SEM, TEM) a rentgenové tomografie (XRT). Zrekonstruovaný systém je reprezentován 3D maticí, která popisuje morfologii pórů a prostorové rozložení jednotlivých složek pevné fáze. V tomto systému jsou pak simulovány reakčně-transportní děje, zahrnující proudění, difúzi, katalytické reakce a transformace. Hlavní náplní práce bude vývoj matematických modelů pro jednotlivé fyzikálně-chemické procesy v systému a zkoumání vlivu struktury materiálu na celkovou účinnost katalytického filtru. Výsledky modelů budou konfrontovány s experimentálními daty z laboratorního reaktoru.

Vliv elektrického pole na transport iontů přes fázové rozhraní dvou nemísitelných vodných fází

Přibyl Michal, prof. Ing. Ph.D. ( pri...@vscht.cz)

Vývoj metodiky zvětšování měřítka (scaling-up) průmyslových míchaných reaktorů

Moucha Tomáš, doc. Dr. Ing. ( mou...@vscht.cz)
Mezi zařízení často v průmyslu používaná k intenzifikaci kontaktu plynu a kapaliny patří mechanicky míchané nádoby. Příkladem průmyslových aplikací takových zařízení mohou být kromě aerobních fermentací (kdy hovoříme o fermentoru) rovněž chlorace nebo hydrogenace (kdy hovoříme o vícefázovém míchaném reaktoru). V mnoha případech je produkční kapacita zařízení dána rychlostí absorpce či desorpce plynu do/z kapaliny (například limitace kyslíkem, či odvodem produkovaného CO2), tj. slovy chemického inženýrství dějem určujícím rychlost celého procesu je mezifázový transport hmoty mezi plynem a kapalinou. Klíčovým parametrem při návrhu takových zařízení je potom objemový koeficient přestupu hmoty kLa. Cílem výzkumu je nalézt metodiku návrhu průmyslových zařízení pro procesy, ve kterých je rychlost určujícím dějem mezifázový transport hmoty. Jedná se o návrhy na základě dat měřených v zařízeních laboratorního a poloprovozního měřítka, tedy o formulaci pravidel pro scaling-up. Za tímto účelem byla v laboratorních nádobách průměru 20 a 30 cm již dříve provedena rozsáhlá měření příkonu, zádrže plynu a objemového koeficientu přestupu hmoty v různých typech vsádek (koalescentní, nekoalescentní, viskózní) a s různými typy míchadel (různé směry čerpání od radiálního k axiálnímu) včetně uspořádání s kombinací více míchadel na společné hřídeli. V posledních letech jsou vedeny experimenty na poloprovozní aparatuře s nádobou průměru 60 cm se třemi míchadly na společné hřídeli. Aparatura je vybavena moderním software řízení a sběru dat používaným v průmyslu. V poloprovozní nádobě byla provedena měření s čistou vodou a s roztokem síranu sodného, což reprezentuje koalescentní a nekoalescentní vsádku. Nyní jsou vedeny experimenty ve vsádce s vyšší viskozitou, neboť takové vsádky se vyskytují v mnoha biochemických výrobách. V mnoha aplikacích se také jedná o suspenze s mikroorganismy, jejichž kolonie tvoří významný podíl pevné fáze ve vsádce, čímž ovlivňují hodnoty transportních charakteristik. Je proto třeba proměřit transportní charakteristiky za těchto situací. Cílem doktorské práce je opatřit soubor transportních charakteristik měřením na poloprovozní nádobě, kde bude použita kapalná vsádka s vyšší viskozitou odpovídající kapalinám v biochemických výrobách, a v nádobě průměru 30 cm za přítomnosti pevných částic. Z transportních charakteristik budou proměřovány příkon míchadel, zádrž plynu a objemový koeficient přestupu hmoty, kLa. Na základě analýzy dat změřených na zařízeních různých velikostí bude hledána metodika využití dat z laboratorního zařízení k návrhu zařízení průmyslové velikosti. Doktorand se seznámí s matematickými modely mezifázového transportu hmoty, s měřícím a řídícím software používaným v průmyslu a se způsoby měření mezifázového transportu hmoty ve větší šíři, neboť bude pracovat v kolektivu zabývajícím se také návrhy destilačních a absorpčních kolon a bublaných kolon s ejektorem. Další informace: Tomáš Moucha, tel. 2044 3299, budova B, přízemí, č.dv. T02a, e-mail mouchat@vscht.cz
Zásady: 1. Seznamte se s principy popisu mezifázového přestupu hmoty v disperzích kapalina-plyn a s typy průmyslových kontaktorů kapalina-plyn (GLC)
2. Seznamte se se základními transportními charakteristikami používanými v průmyslových návrzích GLC a prostudujte teorie mezifázového transportu hmoty
3. Osvojte si experimentální techniky stanovení transportních charakteristik pro průmyslové návrhy GLC a seznamte se s matematickými modely pro jejich vyhodnocení
4. Proměřte a vyhodnoťte série transportních charakteristik na základě vlastního návrhu experimentálního uspořádání a vyhodnocovacích výpočetních postupů
5. S využitím experimentální databáze existující na pracovišti rozšiřte metodiku průmyslových návrhů GLC, například o vliv viskozity kapaliny.
/
1. Get familiar with the methodology of industrial gas-liquid contactors (GLC) design and with the basics of an interfacial mass transfer.
2. Get familiar with the transport characteristics used in industrial GLC design and study the interfacial mass transfer theories
3. Learn the experimental techniques to determine the transport characteristics needed in industrial GLC design and get familiar with the evaluation models
4. Build a plan of experiments and evaluation procedures to obtain original results complementary with those measured on the workplace earlier
5. With the use of the database already developed on the workplace, expand the design methodology of GLC, for example, by liquid viscosity effect

Vývoj procesu kontinuální přípravy krystalů léčiva

Šoóš Miroslav, doc. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Active Pharmaceutical Ingredients (API) are commonly small molecules which are prepared by crystallization process. Opposite to the classsical batch crystallization we intend to develope and optimize production process of continuous crystallization followed by separation of prepared crystals. We would consider APIs forming various polymorphs, salts or cocrystals. Depending on the studied system we will start the identification of API solubility in various solvents or screening of excipient to for desired salts or cocrystals. Gained knowledge will be used to desing a continuous process for preperation of crystalize form of API. Investigated parameters will include size and morphology of prepared crystals. broadness of the crystal size distribution, chemical composition etc. Obtained data will be used for development of a mathematical model describing the studied process. Consequenty this model will be used for optimization of the operating conditions. In the last step student will be involved in the connection of the continuous crystal production with the consequent procesees such as filtration and drying. Also in this step suitable mathematical models will be used to describe this unit operation. Characterization of the prepared crystals will be done by combination of several analytical techniques including light scattering, microscopy combined with optical microscopy, SEM, Raman or IR spectroscopy, XRD etc.

Vývoj 3D buněčných kultur pro testování nosičů léčiv

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)
Zásady: Selektivní adheze koloidních nosičů používaných pro doručování léčiv k buňkám cílové tkáně je klíčovým předpokladem pro jejích úspěšnou aplikaci. Testování in vivo s sebou kromě vysoké nákladnosti a etických otázek přináší i řadu technických problémů, zejména relevanci zvířecích modelů. Alternativním přístupem je použití metod tkáňového inženýrství a testování koloidních nosičů přímo na "virtuálních orgánech" připravených ex vivo, avšak obsahujících buněšné linie vlastní budoucímu hostitelskému organismu. Cílem práce je rozpracovat tuto metodologii a využít ji pro vyhodnocovnání a screening chemických robotů.

Výzkum bariérových a transportních vlastností lipidických vrstev

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)
Udržování homeostáze a řízení kinetiky významných fyziologických procesů v živých buňkách je kriticky závislé na schopnosti biomembrán propouštět nebo naopak zadržet jednotlivé molekuly a ionty. Rovněž syntetické systémy (liposomy a jejich agregáty, pevné částice obalené lipidovými vrstvami - supported lipid bi-layers) mají zajímavé uplatnění zejména v oblasti enkapsulace a řízeného doručování léčiv. Cílem této práce je pomocí kombinace výpočetních metod a experimentální validace pochopit faktory, které ovlivňují transport přes lipidické vrstvy a vyvinout metodologii pro racionální návrh složení lipidických vrstev a posouzení jejích schopnosti zadržet či propouštět danou látku za různých podmínek (např. teplota, přítomnost nanočástic, apod.)

Hydrogelové mikročástice s některými vlastnostmi červených krvinek

Řehoř Ivan, RNDr. Ph.D. ( REH...@vscht.cz)
Červené krvinky mají diskovitý tvar zhruba 10 μm v průměru a dokáží obíhat v k revním řečišti, přestože kapiláry nejsou tlustší, než 5 μm. Tato unikátní vlastnost je dána jejich tvarem, mechanickými vlastnostmi a povrchem. Cílem tohoto projektu je připravit hydrogelové mikročástice, které napodobují tyto vlastnosti skutečných krvinek. Metoda stop-flow litografie bude použita pro syntézu hydrogelů tvaru krvinek z biodegradovatelných polymerů takového složení, že mechanické vlastnosti výsledných částic budou blízké skutečným krvinkám. V navazujícím projektu bude zkoumána schopnost hydrogelů cirkulovat v krevním řečišti. Vrcholným cílem celého projektu bude navázat do struktury hydrogleu fluorescenční senzor, sledující medicínsky relevantní parametr (pH, koncentrace glukózy...) a číst jeho signál zkrz kůži, detektorem umístěným vně pacientova těla.
Zásady: Cílem práce je litografická příprava hydrogelových mikročástic, připomínajících velikostí, tvarem a mechanickými vlastnostmi červené krvinky
1. Osvojit si metodu přípravy hydrogelových mikročástic pomocí metody stop-flow litografie
2. Popsat vliv tuhosti částice a jejího tvaru na schopnost pronikat (umělými) kapilárami
3. Najít v literatuře vhodný fluorescenční senzor a vyvinout jeho metodu imobilizace do struktury hydrogelu
4. Otestovat vzniklé částice=sensory v podmínkách in-vitro a in-vivo
Ústav chemického inženýrství

Studium fázového rozhraní kapalina-plyn pomocí termografie

Rejl František, doc.Ing. Ph.D. ( r...@vscht.cz)
Haidl Jan, Ing. Ph.D. ( jan...@vscht.cz)
Moderní rychlostní popis přenosu hmoty v plněných destilačních kolonách naráží při zavádění na obtížně experimentálně zjistitelné hodnoty aktivní mezifázové plochy, hodnoty předpovídané uznávanými modely se liší násobně.
Termografie umožňuje téměř okamžité měření povrchové teploty rozsáhlých útvarů a to i hladin kapalin. Jestliže se podaří ztotožnit termografií naměřenou teplotu povrchu kapaliny s teplotou odpovídající přijímanému konceptu fázového rozhraní, pak porovnání takto změřené teploty a teplot jader fází by mělo poskytnout lokální hybné síly pro transportní jevy v každé fázi.
Metodika má být ověřena se systémem voda-vzduch a při absorpcích, kde mohou být vlastnosti fázového rozhraní nastaveny a rozpracována v jednoduchých geometrických uspořádáních. Konečným záměrem je sestrojení aparatury simulující binární destilaci na strukturované výplni, na níž by měl být zjištěn podíl neaktivní plochy a distribuce odporů proti přenosu hmoty mezi jednotlivé fáze.
Cílem je zjistit, zda termografie umožňuje stanovení složení na fázovém rozhraní v systému kapalina-pára a zda je takto zjištěné složení použitelné k vyhodnocení lokální intenzity mezifázového přenosu hmoty. Dále pak zjištění aktivního podílu mezifázové plochy při destilaci na strukturované výplni.
Ústav chemického inženýrství

Studium transportních jevů a enzymatické kinetiky umělé česnekové buňky připravené rozprašovacím sušením

Kašpar Ondřej, Ing. Ph.D. ( KAS...@vscht.cz)
Ústav chemického inženýrství

Dynamika vícefázových soustav: kapalina-plyn-tuhá fáze

Růžička Marek, doc. Ing. CSc. DSc. ( ruz...@icpf.cas.cz)
Kordac Orvalho Sandra, Ph.D. ( orv...@icpf.cas.cz)
Vícefázové disperzní soustavy se vyskytují všude kolem nás, jak v přírodě, tak v technologiích a průmyslových aplikacích (sedimentace, fluidace, plynokapalinové soustavy - probublávané kolony, flotační systémy, atd.). Díky své složitosti a aplikačnímu potenciálu představují seriózní výzvu pro základní výzkum v oboru vícefázové hydrodynamiky. V této disertační práci budou experimentálně i teoreticky studovány klíčové procesy probíhající v disperzích na malém měřítku (coalescence bublin, kolize bublina-částice v kapalině) a jejich důsledky pro režimy proudění disperzí ve velkém měřítku (probublávané kolony, flotační nádrže, apod.). Získané poznatky budou uplatnitelné v průmyslových aplikacích různého typu (chemický průmysl, ropný, potravinářský, metalurgický, farmaceutický, environmentální, atd.).

Požadavky na uchazeče:
• VŠ vzdělání v oboru chemického inženýrství, nebo strojního inženýrství, nebo matematiky a fyziky,
• schopnost a ochota se vzdělávat
• kreativní přístup a týmová práce
Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i.

Návrh a optimalizace výplní katalytických reaktorů pro dvoufázový tok kapalina-plyn s využitím 3D tisku

Stavárek Petr, Ing. Ph.D. ( sta...@icpf.cas.cz)
Technologie 3D tisku přináší nové možnosti pro návrh chemických reaktorů a také katalyzátorových nosičů. Především je to možnost optimalizace a detailního přizpůsobení zařízení nebo struktury katalyzátoru pro požadavky daného procesu. Předmětem této práce je proto návrh a 3D tisk optimální struktury nosiče katalyzátoru pro modelovou heterogenní reakci zahrnující proudění kapaliny a plynu. Návrh bude vycházet z experimentální studie hydrodynamiky toku kapaliny a plynu vrstvou strukturované výplně a matematického modelování procesu pomocí CFD (OpenFOAM, ANSYS Fluent) zahrnující modelovou exotermní reakci.
Uchazeč by měl disponovat dobrými znalostmi chemického a reakčníhoinženýrství, také mít kladný vztah k práci na počítači, který je potřebný k osvojení si systémů sběru dat, jejich vyhodnocení, matematickému modelování a technologie 3D tisku. K plnění zadaných úkolů bude vyžadována samostatnost, kreativnost, schopnost týmové práce, zájem učit se nové věci a v neposlední řadě také znalosti anglického jazyka.
Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i.

Použití mikroreaktoru s meandrovým kanálem pro studium reakcí v plynné fázi na heterogenním katalyzátoru

Stavárek Petr, Ing. Ph.D. ( sta...@icpf.cas.cz)
Mikroreaktory představují perspektivní zařízení, která pro své výhodné vlastnosti nacházejí uplatnění v mnoha chemických procesech. Náplní předkládaného tématu je studium katalytických oxidačních reakcí s použitím nového prototypu mikroreaktoru s meandrovým kanálem o délce >3 m, vyvinutým na ÚCHP. Geometrie reaktoru dovoluje, na rozdíl od běžných laboratorních reaktorů, studovat reakce nebo testovat katalyzátory za v podstatě totožných podmínek transportu hmoty a tepla jako v průmyslových reaktorech. Práce bude zahrnovat experimentální laboratorní testy s mikroreaktorem a modelovými reakcemi v plynné fázi, zpracování získaných dat a matematické modelování procesu.
Uchazeč by měl disponovat dobrými znalostmi chemického a reakčníhoinženýrství, organické chemie a také mít kladný vztah k práci na počítači, který je potřebný k osvojení si systémů sběru dat, jejich vyhodnocení a matematickému modelování. K plnění zadaných úkolů bude vyžadována samostatnost, kreativnost, schopnost týmové práce, zájem učit se nové věci a v neposlední řadě také znalosti anglického jazyka.
Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i.

Stabilita a fyzikálně chemické vlastnosti suspenzí nanočástic

Tihon Jaroslav, Ing. CSc. ( t...@icpf.cas.cz)
Pojmem „nanokapaliny“ jsou označovány suspenze pevných nanočástic (obvykle kovů, oxidů kovů, nebo grafitu s charakteristickým rozměrem 1 až 100 nm) v běžných základních kapalinách (voda, olej, či etylenglykol) často doplněné o různé dispergátory. Tyto suspenze vykazují zvýšenou tepelná vodivost a tudíž je snaha využít je v teplosměnných technologiích. Navzdory intenzivnímu zájmu dokumentovanému množstvím publikací na dané téma nejsou nanokapaliny dosud běžně komerčně využívány. Důvodem je jejich zatím nedostatečná dlouhodobá stabilita.
Cílem projektu je studium faktorů ovlivňujících stabilitu suspenzí nanočástic (jako například velikost, tvar a koncentrace nanočástic, úprava pH suspenze, přídavek dispergátoru, či způsob homogenizace). Dále budou studovány fyzikálně chemické vlastnosti nanokapalin (povrchové napětí, tepelná vodivost, či zeta-potenciál) i jejich tokové vlastnosti (viskozita, ne-Newtonské chování, či možný zdánlivý přístěnný skluz).
Projekt je vhodný pro absolventa či absolventku chemicko-inženýrského, fyzikálně-chemického nebo jiného technického oboru. Experimentální zručnost a znalosti z oblasti hydrodynamiky jsou vítány. Hlavním předpokladem je však chuť do výzkumné práce.
Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i.

Studium interakcí bublin a kapek s turbulentním vírem

Tihon Jaroslav, Ing. CSc. ( t...@icpf.cas.cz)
Disperze kapalina-plyn nebo kapalina-kapalina jsou součástí řady technologických i biotechnologických procesů. Částice tekutiny (bubliny nebo kapky) se v turbulentním proudění kapaliny rozpadají a vytvářejí komplexní vícefázový systém. Pochopení mechanizmu rozpadu částic v turbulentním proudění je důležité, protože teoretické modely popisující tento mechanizmus jsou nezbytné pro numerické modelování složitých vícefázových systémů.
Doktorská práce bude zaměřena na experimentální studium dynamického chování bubliny nebo kapky při interakci s toroidním vírem s cílem určit rychlost rozpadu původní částice a distribuci velikostí nově vzniklých částic. Mechanizmus rozpadu bude studován v závislosti na různě zvolených hydrodynamických a fyzikálně-chemických podmínkách systému.
Pracoviště je dostatečně vybavené pro studium rozpadu bubliny/kapky v turbulentním proudění. Má k dispozici jak cely pro řízenou tvorbu bubliny a toroidního víru, či intenzivní turbulence, tak i řídící a vyhodnocovací programy.
Požadavky na uchazeče:VŠ vzdělání (magisterský studijní program) v oboru chemického inženýrství nebo strojního inženýrství; schopnost týmové, systematické a tvořivé práce; zájem o experimentální práci.
Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i.

Studium transformací organických aerosolů

Ždímal Vladimír, Ing. Dr. ( Zdi...@icpf.cas.cz)
Sekundární organické aerosoly (SOA) jako významná součást atmosférických aerosolů ovlivňují klima Země, lidské zdraví i délku života. Vznikají po atmosférické fotooxidaci antropogenních a biogenních těkavých organických sloučenin (BVOCs) kondenzací reakčních produktů. Terpeny a isopreny patří mezi chemické látky nejčastěji zjištěné v emisích BVOC. Mohou být oxidovány do formy částečně a nízko-těkavých karbonylů, kyselin, a dalších produktů, přecházejících mezi plynnou a kondenzovanou fází. Pro správný popis těchto transformací matematickými modely je nutná znalost termodynamických a transportních vlastností těchto látek. Doktorand bude tyto jevy studovat s využitím pokročilých aerosolových zařízení včetně on-line chemické a fyzikální charakterizace částic pomocí hmotnostní spektrometrie.
Požadavky na uchazeče
· VŠ vzdělání (Ing., Mgr.) v oboruchemické inženýrství, fyzikální chemie, organická technologie, chemická fyzika, meteorologie ... ;
· ochota dělat experimentální práci a učit se novým věcem;
· schopnost týmové práce.
Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i.

Transformace aerosolových částic vlivem změn v plynném prostředí

Ždímal Vladimír, Ing. Dr. ( Zdi...@icpf.cas.cz)
Aerosolové částice jsou v atmosféře všudypřítomné a ovlivňují mnoho dějů na Zemi, od globálního oteplování po lidské zdraví. Nacházejí se převážně v chemické a fyzikální rovnováze se svým okolím, ale kvůli kontinuálním změnám v atmosféře nebo během jejich transportu např. do našich plic se během své doby života mění. Proto je nutné studovat jejich chování při změnách prostředí, aby bylo možné předpovědět jejich osud a transformace, když se dostanou do atmosféry a/nebo v ní vzniknou. Studie bude provedena za použití nově vyvinutého systému laminárních reaktorů, které umožní kontrolovat vlastnosti okolního prostředí částic. Jevy budou studovány za použití pokročilých metod aerosolové instrumentace včetně on-line chemické a fyzikální charakterizace částic aerosolovým hmotnostním spektrometrem.
Požadavky na uchazeče:
· VŠ vzdělání (Ing., Mgr.) v chemickém inženýrství, fyzikální chemii, organické technologii, chemické fyzice, meteorologii ...;
· ochota experimentovat a učit se nové věci;
· schopnost týmové práce.
Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i.

Vliv vlastností mezifázového rozhraní na dynamiku bublin a kapek

Kordac Orvalho Sandra, Ph.D. ( orv...@icpf.cas.cz)
Vícefázové systémy tvořené přítomností plynné fáze či kapalné fáze v kapalném prostředí, jako jsou pěny, emulze jsou všudypřítomné, jak v přírodě a živých systémech, tak i v průmyslových aplikacích s vysokou přidanou hodnotu např. ve farmacii, kosmetice. Přítomnost povrchově aktivních látek (PAL) mění chování mnoha procesů, přičemž pro systémy v pohybu je třeba mezifázová rozhraní charakterizovat i jinak než prostým povrchovým napětím – např. méně běžnou povrchovou reologií a adsorpčně/desorpčními charakteristikami.
Cílem práce je experimentální stanovení vlivu PAL na dynamiku procesů u bublin a kapek (pohyb, rozpouštění, rozpad, koalescence apod.) spolu s charakterizací vybraných PAL s pomocí vhodných fyzikálně-chemických a transportních vlastností.
Typická práce zahrnuje měření povrchovým reometrem, pozorování jevů u bublin a kapek s pomocí rychloběžné kamery, zpracování získaných dat v prostředí Matlab, stavbu jednoúčelových drobných zařízení pro prováděné experimenty a interpretaci získaných výsledků.
Uchazeč by měl být absolventem magisterského studia v oboru chemického, strojního inženýrství nebo fyzikální chemie, a měl by být schopen systematické a tvořivé práce.
Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i.
Aktualizováno: 26.3.2018 15:41, Autor: fchi

VŠCHT Praha
Technická 5
166 28 Praha 6 – Dejvice
IČO: 60461373
DIČ: CZ60461373

Datová schránka: sp4j9ch

Copyright VŠCHT Praha 2014
Za informace odpovídá Oddělení komunikace, technický správce Výpočetní centrum

VŠCHT Praha na sociálních sítích
zobrazit plnou verzi