Počkejte prosím chvíli...
Nepřihlášený uživatel
Nacházíte se: VŠCHT PrahaFCHI  → Studium na FCHI → Zájemci o studium → Zájemci o doktorské studium → Doktorské studium → Témata vypsaných disertačních prací
iduzel: 13278
idvazba: 15815
šablona: stranka
čas: 19.10.2018 20:57:55
verze: 4480
uzivatel:
remoteAPIs: https://cis-web-test.vscht.cz/redirect/
branch: trunk
Obnovit | RAW

Témata disertačních prací pro rok 2018/2019

Ústav chemického inženýrství

Chemické inženýrství

Studijní program: Chemické a procesní inženýrství (čtyřleté)

Aplikace metod analýzy složitých chemických reakčních sítí na biorytmy v  signálních a metabolických procesech

Schreiber Igor, prof. Ing. CSc. ( sch...@vscht.cz)
Muzika František, Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)
V chemických a zejména biologických systémech může probíhat velký počet souběžných reakcí tvořících komplexní mechanismus, popř. systém mechanismů propojených společným meziproduktem. Pro takový systém je charakteristická přítomnost kladných a záporných zpětných vazeb a nelineární interakce. Dynamika takového systému, pokud je otevřený, vykazuje v důsledku složité vnitřní struktury typické nelineární rysy, jako je excitabilita, oscilace, bistabilita a náhlé přepínání mezi rychlým a pomalým během reakce. Organismy využívají tyto rysy k uskutečňování biologických funkcí, jako např. signalizace, přenos informace, časování a synchronizace-Předmětem doktorského studia bude aplikace existujícího programového vybavení pro analýzu reakčních sítí na analýzu stability biorytmů. Tato metodika bude aplikována na vybrané charakteristické biosystémy mezi které náleží fosforylační a defosforylační kaskády (uplatňují se při signalizaci v mnoha typech buněk i soustav buněk) , Krebsův cyklus, glykolýza, oxidační fosforylace aj. Na tyto systémy je primárně nahlíženo jako na míchaný reaktor otevřený pro reaktanty a produkty, v obecnějším případě budou uvažovány transportní jevy jako je difuze přes volné mezibuněčné spoje.Další informace: tel. 22044 3167, budova B, 1.patro, č.dv. 143, e-mail Igor.Schreiber@vscht.cz.

Aplikace 3D buněčných sferoidů při vývoji nosičů léčiv

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)
Buněčné kultury jsou vhodným substrátem pro testování léčiv, avšak je známo, že buněčná kultura v suspenzi (1D) nebo na povrchu (2D) se chová jinak než skutečná tkáň v živém organismu. Jako vhodná alternativa se jeví tzv. 3D kultury, které věrněji reprodukují jak fyziologický stav buněk, tak odezvu na podané léčivo - např. s ohledem na difusní limitace, přítomnost extracelulární matrix, atd. Cílem tohoto projektu je kultivovat 3D buněčné sferoidy a využít je k testování účinnosti léčiv, zejména v případě léčiv doručovaných z "nano" formy (koloidní nosiče, chemické roboty, metastabilní pevnofázové formy).

Cahn-Hilliardovy modely utváření morfologie materiálů

Kosek Juraj, prof. Dr. Ing. ( Jur...@vscht.cz)
Pavelka Michal, Mgr. Ph.D. ( Mic...@vscht.cz)
Vývoj nových materiálů pro aplikace v katalýze, ve stavebnictví, v automobilovém průmyslu a v lokálních zdrojích energie je aktuálním směrem výzkumu jak v zahraničí tak v České republice. Tento vývoj je zpravidla empirický. Cílem tohoto projektu je třídění poznatků o utváření struktury materiálů, formulace relevantních fyzikálně-chemických a matematických modelů a jejich řešení s cílem získání obecných poznatků.
Jednou z obecných metodik simulace utváření morfologie jsou Cahn-Hilliardovy modely aplikovatelné především pro popis utváření morfologie spinodální dekompozicí. Pro skutečně praktické a obecnější využití těchto modelů při vývoji/inovaci materiálů je nutno tyto modely validovat a rozšířit mnoha směry: (i) propojení s CFD simulacemi a stavovým chováním kapalné fáze, (ii) pokročilý popis termodynamiky, (iii) uvažování molekulární architektury (vzniklého) polymeru, (iv) modely transportních koeficientů závislých na lokální koncentraci, teplotě a viskozitě, (v) pokročilý popis fázových rozhraní, (vi) uvažování obecného transportu zahrnující Maxwell-Stefanovu difúzi, a (vii) zobecnění pro konzistentní popis problémů s nukleací.
Pokročilé Cahn-Hilliardovy modely budou aplikovány na řadu problémů: (i) optimalizace morfologie nano-/mikro-celulárních polymerů s cílem zlepšení aplikačních vlastností, (ii) nukleace a koalescence bublin při přípravě polymerních pěn, (iii) utváření morfologie částic v emulzní kopolymeraci, (iv) utváření salámové morfologie houževnatého polystyrenu během kontinuální výroby.
Doktorand/ka se nejen zdokonalí v modelování a vizualizaci složitých prostorově 2D a 3D problémů, ale také pronikne hluboko do fyzikálně-chemické podstaty procesů. Bude přitom navazovat na programy vyvinuté dříve na našem pracovišti. Práce bude podporována evropským projektem H2020, granty a průmyslovými spolupracemi. Součástí doktorského studia bude také studijní pobyt v zahraničí.

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

Cyklická dynamika v enzymových reakcích a při metabolické aktivitě fotosyntetizujících jednobuněčných organismů

Schreiber Igor, prof. Ing. CSc. ( sch...@vscht.cz)
The enzymes are at the core of metabolic activity of every living cell. The focus of the work is on understanding mechanism and kinetics of enzymes and their cascades that lead to oscillatory variations of substrates, intermediates and products. On the basis of experimental measurements carried out in the lab as well as taken from literature a set of motifs – core mechanistic features supporting oscillatory dynamics in various enzyme reactions will be sought and analyzed. These motifs will then be then used as means of examining a particular rhythmic phenomenon called an ultradian rhythm observed in a cyanobacterium Cyanothece when exposed to a source of constant source of light in a photobioreactor. This recently observed type of metabolic rhythm is related but different from well known circadian clocks, which are autonomous pacemakers built either in a unicellular cell or – more generally – in multicellular organisms. In the case of Cyanothece, the relation between ultradian and circadian rhythms is a novel and largely unexplored topic. The approach to its description intended within this work is to rely on reaction network analysis, which allows for systematic identification of a complex reaction pathway by decomposing it into a set of elementary subnetworks and examining stability (or rather instability such as oscillation) of the whole network via stability analysis of each elementary subnetwork and combinations thereof. This work is done partly in cooperation with the Laboratory of Adaptation Biotechnologies, Academy of Sciences in Drásov and is supported by a grant from Czech Science Foundation 15-17367S.

Design nových biotechnologických změkčovadel

Hassouna Fatima, Mgr. Ph.D. ( Fat...@vscht.cz)
Šoóš Miroslav, doc. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Novel families of biobased plasticizers will be designed. They will be incorporated into polymeric matrix by (reactive) extrusion. The combination of the plasticizing effect of the bio-based plasticizers and the reinforcing effect of some biobased nanofillers such as nanocellulose can lead to excellent balance of properties. Compatibilization of the ternary systems will considerably improve the dispersion of the cellulose nanofillers and their affinity for the polymeric matrix and the plasticizer to capitalize the benefits of their large surface area, leading to a significant improvement of the targeted properties (mostly thermal and mechanical). Morphology, rheology, thermal and mechanical properties of the final materials will be evaluated.

Design nových biotechnologických změkčovadel

Hassouna Fatima, Mgr. Ph.D. ( Fat...@vscht.cz)
Šoóš Miroslav, doc. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Novel families of biobased plasticizers will be designed. They will be incorporated into polymeric matrix by (reactive) extrusion. The combination of the plasticizing effect of the bio-based plasticizers and the reinforcing effect of some biobased nanofillers such as nanocellulose can lead to excellent balance of properties. Compatibilization of the ternary systems will considerably improve the dispersion of the cellulose nanofillers and their affinity for the polymeric matrix and the plasticizer to capitalize the benefits of their large surface area, leading to a significant improvement of the targeted properties (mostly thermal and mechanical). Morphology, rheology, thermal and mechanical properties of the final materials will be evaluated.

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 reakčních mechanismů na automobilových katalyzátorech

Kočí Petr, doc. Ing. Ph.D. ( pet...@vscht.cz)
Práce se věnuje experimentům s katalytickými monolitickými reaktory a filtry pro konverzi výfukových plynů automobilů. Experimentálně bude zkoumáno jak ustálené, tak i dynamické chování katalytického reaktoru při provozu s časově proměnnými vstupními podmínkami. Cílem experimentů bude získat data pro vyhodnocení reakčních mechanismů a kinetiky na různých typech katalyzátorů a nalézt vhodné provozní podmínky pro dosažení vysoké konverze a selektivity při odstraňování sledovaných škodlivin – zejména oxidů dusíku (NOx), uhlovodíků (HC) a CO. Použita bude směs syntetických plynů o složení odpovídajícím skutečnému výfukovému plynu. Významnou součástí práce budou úpravy, rozvoj a modernizace stávající aparatury na Ústavu chemického inženýrství VŠCHT, tj. mini-reaktoru, analyzátorů, regulátorů průtoku plynů, řídicích jednotek, počítače a obslužných programů v LabView. Projekt probíhá ve spolupráci s průmyslovým partnerem Daimler AG (Mercedes-Benz) a s finanční podporou Grantové agentury ČR.

Experimentální studium enzymových reakcí v propojených průtočných reaktorových systémech

Schreiber Igor, prof. Ing. CSc. ( sch...@vscht.cz)
Muzika František, Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)
V otevřených chemických systémech sestávajících ze vzájemně interagujících podsystémů, které samy o sobě vykazují nelineární dynamiku (násobné ustálené stavy, oscilace, excitabilita), mohou při změně intenzity interakce nastat tzv. emergentní jevy, tj. jevy, které jsou vlastní pouze interagujícímu systému a v oddělených součástech se nevyskytují. Typickým příkladem je časová a prostorová samoorganizace v biologických systémech. Jako analogický systém je možné studovat chemické systémy. V kontextu propojených chemických reaktorů, z nichž každý sám o sobě vykazuje excitabilní dynamiku, je emergentním jevem např. složitá oscilační dynamika vznikající souhrou vnější perturbace jednoho z reaktorů a interakce mezi nimi. Předmětem doktorského studia bude soustavná experimentální studie emergentní dynamiky vyvolané vnějšími vzruchy ve dvou propojených reaktorech se vzájemnou výměnou hmoty (prostřednictvím dvou recipročních čerpadel) s vybranou enzymovou reakcí, běžnou v prostředí živých buněk. Každý z reaktorů je ve skutečnosti systém zásobník-reaktor, navzájem oddělené membránou pro řízený přívod substrátu. Budou vybrány enzymové reakce buď s čistými enzymy (kataláza nebo glukóza-oxidáza) anebo s buněčnými extrakty (kvasničný extrakt). V závislosti na intenzitě interakce a frekvenci přídavků jednotlivé dynamické režimy přecházejí jeden na druhý prostřednictvím kaskády bifurkací. Dynamické režimy a jejich přechody budou charakterizovány pomocí metodiky analýzy nelineárních časových řad. Mechanismy uvedených enzymových reakcí jsou přibližně známy, popis kinetiky bude doladěn speciální metodikou odhadu parametrů založenou na teorii reakčních sítí zohledňující aktuální experimentální podmínky. Následně pak budou experimenty srovnány se simulacemi. K dispozici je potřebné přístrojové vybavení a software pro analýzu. Během doktorského studia se předpokládá aktivní účast na vědeckých konferencích. Výzkum je podporován grantem GAČR.

Experimentální vývoj pravidel zvětšování měřítka fermentorů

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

Charakterizace procesu solvatace léčivých látek

Šoóš Miroslav, doc. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Rohlíček Jan, Ing. Ph.D. ( roh...@vscht.cz)
Many active pharmaceutical ingredients (API) interact with solvents used during their synthesis resulting in the formation of API solvates. This has a strong impact on their final properties, such as polymorphic state, solubility, surface properties, stability etc. While, previously, solvates have been considered as undesired forms during the API development, currently, they are becoming an alternative to the pure crystalline APIs. This is particularly due to the possibility to prepare a stable solvated solid form of an API, which would be otherwise unstable and the solvent, in this case, helps to energetically stabilize the crystal lattice. Furthermore, due to the porous structure of certain solvates, and the possibility of elimination of the incorporated solvent, they could be used to prepare pure API polymorphs, which cannot be otherwise obtained. Despite this interest, there is a strong lack of knowledge, about under which conditions a given API will form a solvate.
Therefore, presented project has a goal to increase this knowledge. Particularly, we would like to combine an experimental effort (approximately 50%) with the mathematical modelling (approximately 50%) to understand the conditions, under which a given API and selected solvents are forming solvates and also the conditions, which allow to replace one solvent with another, without destroying the crystal structure. Experimentally, the work will be focused on the measurement of the XRPD patterns for the selected combinations of APIs and solvents. Obtained data will be used to reconstruct the crystal structure and to calculate its energy. The combination of both of these approaches should shed light on the mechanisms of the solvate formation as well as on the criteria, when a given API and a selected solvent would form a solvate. Gained knowledge would then be used to predict possible candidates for the solvate formation.

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.

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 hoření pevných materiálů

Jahoda Milan, doc. Dr. Ing. ( jah...@vscht.cz)
V modermín požármín bezpečnostním inženýrství se aktivně používají počítačové simulace pro modelování jevů, které se vyskytují při požárech. V současné době jsou simulace omezené na lokální požáry a začíná se řešit problematika šíření požárů. Řešená problematika je úzce spojená s modely tepelné degradace pevných materiálů. Práce je zaměřena na získání hodnot parametrů do modelů tepelné degradace materiálů a jejich aplikace v simulacích s užitím numerického CFD řešiče Fire Dynamics Simulator.

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

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.).

Mezičásticové interakce a jejich využití při přípravě compozitů

Šoóš Miroslav, doc. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Interparticle interactions are of key importance in material science. In this project we will investigate the interactions between midro and nanoparticles during the process of composite synthesis. We will start from the mixture of particles of similar size but different properties (softness) and investigate formation of composite material during the mixing process. We would considered two situations where the interaction will be present in the liquid phase or when the particle will interact in dry state. Experimental investigation will be done by mixing particles made out of polymeric or silica and having variosu surface functional groups will be used as model systems. To modulate properties of polymeric nanoparticles these will be prepared from a mixture of PMMA and BuAc whcih allows by varying the temperature to tune their softness. In this way we will be able to indice appart from van der Waals and electrostatic interactions also adhesion or even plastic deformation between particles. Obtained materials (coated particles, aggregates or even 3D porous strucutres) will be characterized by SEM, light scattering, BET and other techniques. Obtained results will serve as a basis for mathematical model where process of mixing will be modelled by combination of Distrete Element Method and fluid dynamics. After model validation extension of the work will be done in direction of formation of continuous conting on the surface of host particles by optimizing properties of guest particles. Aplication of this work can be in the formation of protective layer of drug substances, improvement of particle propeties (reduce stickiness of host particles, increase flowability, preparation of composite materials for catalysis etc.)

Modelování interakcí bublin ve vodných roztocích jednoduchých alkoholů

Basařová Pavlína, Dr. Ing. ( bas...@vscht.cz)
The aqueous solutions of simple alcohols, as methanol, ethanol and propanol, are used in many industrial, biological, pharmaceutical and daily processes and we often do not realize their atypical properties. Their unusual behaviour is caused by the solution microstructure. It was found that simple alcohols in aqueous solutions are micro heterogeneous since they tend to develop distinct local microstructures consisting both of alcohol and water molecules. These structures can have an effect on the interfacial properties of liquid mixtures and may cause unpredictable anomalies in the behaviour of systems where the surface phenomena play an important role. The typical examples are the motion of dispersed fluid particles (bubbles, drops) through the carrying bulk liquid, hydrodynamic interactions between such particles (coalescence and breakup), behaviour of fluid particles at rigid surfaces (adhesion). Such situations commonly occur in many important technological processes and equipment (fermenters, adsorption columns, waste water treatment, flotation, etc.), which presents strong motivation for the research.
The project is aimed at the investigation of hydrodynamic behaviour of multiphase systems with solutions of alcohols and/or surfactants as liquid phase. The aqueous solutions of short-chain alcohols exhibit certain atypical behaviour and features. The hydrodynamic interactions in small bubble clusters will be studied by visualization, namely the bubble configuration, velocity and interaction. Starting with air-water system, the effect of liquid viscosity and presence of simple alcohols will be investigates subsequently. This will be the input for the model formulation. The work will focus on the test of level-set DNS approach in COMSOL for its ability to simulate the bubble cluster dynamics. The expected result is the understanding of the basic principles by which the molecular properties project into the macroscopic hydrodynamics.

Modelování pokročilých systémů pro katalytickou konverzi automobilových výfukových plynů

Kočí Petr, doc. Ing. Ph.D. ( pet...@vscht.cz)
Práce se věnuje modelování pokročilých systémů pro katalytickou konverzi automobilových výfukových plynů. Student se seznámí s modely automobilových katalyzátorů běžně používaných v praxi 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 a vyhodnoceny kinetické parametry. Vyvinuté matematické modely pak budou využity pro parametrické simulační studie reálných jízdních cyklů, sloužící k návrhu katalytického konvertoru splňujícího příslušné emisní normy. Projekt probíhá ve spolupráci s průmyslovým partnerem Daimler AG (Mercedes-Benz) a s finanční podporou Grantové agentury ČR.

Modelování toku v systémech tuhá fáze-kapalina

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 S-L systems typically used in catalysis, drying or particle processing. The student will be responsible for development of mathematical models to cover different levels of system complexity (modelling of hydrodynamic in single or two phase flows with constant and time dependent particle size, modelling of mixing, identification of concentration gradients of solid phase etc.) as well as generation of suitable experimental data for validation of model predictions (e.g. measurement of particle size distribution or the gradient in solid phase concentration). Due to complexity of CFD approach it is intended also to develop a simplified model of the flow field which can be coupled with complex chemical kinetic model (polymerization using heterogeneous catalysis) which can find application in the process optimization.

Optimzalizace procesu krystalizace účinných látek

Šoóš Miroslav, doc. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Active Pharmaceutical Ingredients (API) are commonly small molecules which are prepared by crystallization process. Commonly this is done by batch crystallization following several strategies, cooling crystallization, antisolvent crystalization or reactive crystallization. In all cases target is to prepare API in desired form wiith proper polymorphism, chemical composition or desired sizes and surface morphology. This project will be dedicated to the development of rational procedure to scale-up batch crystallization. Depending on the target API form (polymorph, slat, cocrystal or solvate) student will start with physicochemical characterization of the studied system. Gained results will be used to design the crystalllization process in small scale where we will investigate impact of process conditions (stirring speed, cooling rate, addition of antisolvent, mixing intensity of stream containing reactants, addition of surface active compounds to control the crystal shape etc.). Gained results will be used to propose conditions suitable for process scale-up into larger vessels. Student will be involved in both experimental characterization and mathematical modeling of controlling processes (i.e. flow field in the stirred crystallizer, determination of breakage rate of crystals) as well as in the large scale experiments to validate of the proposed scaling criteria. Characterization of the prepared crystals will be done by combination of several analytical techniques including light scattering, microscopy combined with optical microscopy, FBRM, SEM, Raman or IR spectroscopy, XRD etc.

Průtočná elektrochemická úložiště energie na bázi organických redoxních látek

Kosek Juraj, prof. Dr. Ing. ( Jur...@vscht.cz)
Mazúr Petr, Ing. Ph.D.
Prudký rozvoj obnovitelných zdrojů energie i elektromobilů klade vysoké nároky na ukládání elektrické energie jak ve stacionárních distribuovaných úložištích energie, tak v bateriích nebo palivových článcích s vysokou měrnou energií a dostatečným výkonem. Doktorand se v rámci tohoto tématu soustředí na experimentální i teoretický výzkum průtočných elektrochemických systémů pro akumulaci elektrické energie.

Hlavním předmětem zájmu bude studium možnosti využití organických redoxních látek v elektrolytech průtočných baterií. Ve spolupráci s organickými chemiky budou hledány molekuly s vhodnými vlastnostmi pro použití ve stacionárních a mobilních průtočných konvertorech energie s cílem zlepšit technické a ekonomické parametry úložišť.

Důraz bude kladen zejména na pochopení vztahů mezi chemickou strukturou organických molekul a relevantními vlastnostmi jako je rozpustnost ve vodných a nevodných elektrolytech, kinetika elektrodových reakcí a transport molekul skrz separátor/membránu. V rámci doktorské práce budou vyvíjeny či modifikovány charakterizační techniky potřebné pro získání relevantních informací o studovaných systémech s důrazem na nízkou spotřebu organické redoxní látky. Současně bude studována chemická a elektrochemická stabilita těchto látek v podmínkách předpokládané aplikace, vliv nečistot ze syntézy a rafinace, případně další aspekty, jež mohou významně ovlivnit komerční uplatnitelnost vyvíjených elektrolytů. Získané poznatky a charakteristiky jednotlivých prvků povedou k výraznému zlevnění a intenzifikaci procesu.

Výstupem doktorské práce bude nejen série publikací, ale také praktické poznatky vedoucí k zavedení vyvinuté technologie do podoby poloprovozního řešení. 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

Příprava amorfních tuhých disperzí léčivých látek

Šoóš Miroslav, doc. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Hassouna Fatima, Mgr. Ph.D. ( Fat...@vscht.cz)
Active Pharmaceutical Ingredients (API) are commonly small molecules which need to be delivered into human body in a dose which is sufficiently large to ensure proper pharmacokinetic activity. However, substantial drawback with their administration is their rather low solubility in the physiological fluids. Amorphous solid dispersions (ASD) has found its place in the pharmaceutical industry as an important strategy for enhancing bioavailability of poorly soluble drugs. However, amorphous forms are high energy solids and tend to recrystallize, requires development of new formulation principles to ensure the stability of amorphous drug forms. Currently there are several approaches how ASD can be prepared including hot melt extrusion, anti-solvent precipitation process, solvent evaporation techniques (e.g. spray drying). While all these techniques are well established interaction of API with solvent and impact of process parameters makes every formulation very challenging.
The present project will deal with the study of the process of APIs formulation using above mentioned processes, i.e. hot melt extrusion (HME), anti-solvent precipitation, quick evaporation of the solvent and hot melt emulsification. To investigate interaction of API properties with those polymeric matrix several model API will be used in this study. Since in all cases it is necessary to have good dispersion of API and carrier matrix deep characterization of the API miscibility and molecular interactions with matrix will be carried on. Furthermore, student will be responsible for determination of the API content uniformity and integrity, determination of the morphology of the final material (polymeric samples from extrusion, micro and nano-particles, conglomerates etc.), characterization of the surface properties, determination of polymer and/or API crystallinity as well as thermal properties of the drug delivery systems. As a last dissolution/solubility as well as stability of the prepared forms will be investigated as well. When considering HME rheological properties of the excipients will be assessed to predict the process ability and properties of the final systems of the polymer–API mixture. In the case of anti-solvent precipitation or hot melt emulsification impact of hydrodynamic conditions on the size and surface properties of formed particles will be investigated as well. In addition effect of suitable surfactants will provide us additional degree of freedom to tune properties of formed API.
Combination of several powerful techniques such as different microscopy and thermoanalytical techniques, XRD, DSC will be used to characterize formed materials. Further characterization will be focused on the comparison of the API release kinetics as a function of the preparation method and potentially also as a function of the formed API domains (solid solution of API dispersed in the polymeric matrix or precipitated API micro particles). Final step will be to study API release kinetics from the final dosage form (tablet/granule) using model formulation process. Measurement of the concentration of API in the liquid phase will be combined with the characterization of the liberated particles from granules or tables. This should provide better understanding of the formulation process as well as impact of API form on the API release kinetics.

Příprava, charakterizace a aplikace polymerních nanovláken

Šoóš Miroslav, doc. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Polymeric nanofibers and nanober membranes represent new class of materials with superio properties. This project will foces on the combination of synthesis, characterization and their application targeting various fields including pharmaceuticals and separation of particles. We would investigate two possible ways how to prepare nanofibers including electrospinning and nanopreciptation. In the first one the final materal will be in the form of mat while in the second case nanofibers can be fprepared as mat or as individual particles dispersed in the liquid. These can be further incorporated in the porous material using combination with other particles. Student will be responsible for preparation of nanofibers by both techniquesas well as detailed characterization of the prepared fibers (i.e. diameter, length, mechanical properties, pore size distribution, porosity, permeability, DSC, TGA, XRD). Obtained results will be used for optimization of the pproduction process with connection to the fiinal application. In the case of pharmaceutical application the target will be incorporation of the drug in the fibers made out of soluble polymer. In this case drug stability and dissolution profile will dictate the material quality. On the other hand, for separation of particles the most important property will be the particle retention and mechanical properties of the material.

Příprava porézních membrán pro separaci molekul

Šoóš Miroslav, doc. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Polymeric membranes are commonly used for sepration of various compouds including vapours or gasses. In this project we would like to investigate posibility to prepare flexible polymeric membranes with fillers in the form of nanoparticles capable to improve the efficiency of sepration. To achieve this goal we would prepare nanoparticles with core-shell morphology where shell will be compatible with the membrane polymeric matrix. Such particles will be prepared by emulsion polymerisation method, where properties of the core and shell can be individually controlled (core or shell chemical composition, shell thickness, presence of functional groups grafted on the surface of nanoparticles). Additional parameter investigated will be the size of nanoparticles. In parallel to spherical nanoparticles, we plan to prepare also non-spherical nanoparticles. All these building blocks will be consequntly used as fillers in the membrane polymeric matrix. We will study impact of nanoparticles fillers (ratio of the nanoparticles to the polymeric matrix, shell thickness, presence of surfactant etc.) together with the processing conditions (membrane thickness, applied compression pressure). Prepared membraines will be characterized by the measurement of permeability of the test mixture of gases or vapours and correlate nanoparticle filler properties with the membrane permeability. In the next step, student will be involved also in the controlled oranization of the nanoparticle fillers in the mebrane by the external field (magnetic or electric). For that purpose, we will prepare either magnetic or conductive nanoparticles which will be in the presence of external field orient in the polymer matrix during membrane prepraration. Such membranes will be characterized by permeation and obtained results will be compared with those obtained by using non-responsive nanoparticle fillers.

Stacionární úložiště energie na bázi průtočných elektrochemických systémů

Kosek Juraj, prof. Dr. Ing. ( Jur...@vscht.cz)
Pocedič Jaromír, Ing. Ph.D.
Prudký rozvoj obnovitelných zdrojů energie i elektromobilů klade vysoké nároky na ukládání elektrické energie jak ve stacionárních distribuovaných úložištích energie, tak v bateriích nebo palivových článcích s vysokou měrnou energií a dostatečným výkonem. Doktorand se v rámci tohoto tématu soustředí na experimentální i teoretický výzkum průtočných elektrochemických systémů pro akumulaci elektrické energie.

Hlavním předmětem zájmu bude komplexní studium redoxních průtočných baterií na bázi vanadových elektrolytů s cílem identifikovat klíčové nedostatky stávající technologie a nalézt komerčně dostupná řešení pro použití v reálných systémech. Důraz bude kladen zejména na komplexní pochopení transportně-reakčních dějů a vývoj metodik potřebných pro jejich studium. V navržených a zkonstruovaných aparaturách bude prováděno systematické studium a vývoj komponent bateriových svazků, tj. separátorů, porézních elektrod či bipolárních sběračů proudu vedoucí k nalezení termodynamického a kinetického optima provozních podmínek. Dlouhodobá stabilita komponent bude ověřena na základě vyvinuté metodiky testů urychleného stárnutí. Současně bude optimalizována geometrie svazků s cílem minimalizovat ztráty v důsledku ohmického a hydraulického odporu a zkratových proudů.[G1] Dále budou studovány možnosti zvýšení energetické a výkonové hustoty baterií z využití solubilizujících a vodivostních aditiv elektrolytů. Získané poznatky a charakteristiky jednotlivých prvků povedou k výraznému zlevnění a intenzifikaci procesu.


Výstupem doktorské práce bude nejen série publikací, ale také praktické poznatky vedoucí k zavedení vyvinuté technologie do podoby poloprovozního řešení. 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-mailjkk@vscht.cz, web http://kosekgroup.cz

Studium transportních charakteristik v různých typech bioreaktorů

Moucha Tomáš, doc. Dr. Ing. ( mou...@vscht.cz)
Zedníková Mária, Ing. Ph.D. ( zed...@icpf.cas.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 různé typy bioreaktorů experimentálně získat návrhové parametry (transportní charakteristiky), 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 transportních charakteristik: i) mechanicky míchaný reaktor, ii) probublávaná kolona a iii) air-lift reaktor.
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 nanokompozitů nanocelulóza-kov

Hassouna Fatima, Mgr. Ph.D. ( Fat...@vscht.cz)
Šoóš Miroslav, doc. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Due to its extraordinary optical, thermal and mechanical properties, cellulose nanocrystal (CNC) films can be used as a substrate. Individual CNC will produced by breaking down the cellulose ramie fibers and isolating the crystalline regions. Isolated nanocrystals will be used as a building blocks in combination with different kinds of nanoparticles such as ferromagnetic nanoparticles (iron), gold particles, with different shapes (spherical, rods…) to make films or aerogels with controlled architecture and with tuned properties. Due to its chemically reactive surface, metallic nanoparticles can be also synthesized on CNC by exposing metallic precursor salts to a cationic surfactant and a reducing agent. The incorporation of guest metallic nanoparticles such as gold nanoparticles into nanocellulose substrates enables production of novel nanocomposites with a broad range of applications

Syntéza a charakterizace porézních nosičů pro řízené uvolňování prchavých látek

Šoóš Miroslav, doc. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Volatile compounds like pheromons are essential for protection of plants against pests. While technology to release volatile compounds against pests exist there is strong need to improve properties of these materials, make it more robust and ecological. Main goal of this project is to investigate possibility to use natural zeolites or their synthetic contraparts to control the rate of release of various volatile compoinds over given perod ot time. Student will be involved in the characterization, surface modification and loading of the volatile compounds into porous materials available in the nature but also in the synthesis of new porous structures. We plan to use various technoques to prepare porous materials with desired size of the pores and pore morphology. Essential part of the project will be dedicated to the characterzation of the interaction of studied pheromons with the pore wall atoums and ther modification in a way to controll the rate of diffusion. Student will be involed in the characterization of the porous materials using combination of techniques (BET, Hg porosimetry, XRD) to identify pore morphology togtehr with the pore size, porosity and chemical composition of the atouns present on the surface of pores. Gained knowledge will be used to propose chemical modification of the surface in a way to pores more accessible or narrow to controll the rate of diffusion of the volatile compounds out of pores. In the last step off the project student will be involved in the testing of the proposed strategies followed by the scale-up of the production process of the most promissing porous material.

Syntéza biologicky rozložitelných amfifilních blokových kopolymerů nesoucích reaktivní skupiny a syntéza primárních nanočástic

Hassouna Fatima, Mgr. Ph.D. ( Fat...@vscht.cz)
Šoóš Miroslav, doc. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
PLA based amphiphilic block copolymers (ABPs) bearing pendant reactive groups such as hydroxyl, carboxyl and amine functions. The free pendant reactive groups will be used in the next step for further modification, which opens new possibilities for construction of 3D network based nanoparticles (NPs) with modulated properties. Depending on the desired type of functionalization, facile and efficient methods can be used. Then, different types of amphiphilic block copolymers bearing reactive groups such as amino-acids can be prepared. These PLA based ABPs will allow preparing high functional biodegradable core-shell nanoparticles. Besides, to generate core-shell nanoparticles with improved mechanical strength and stability, covalent crosslinking of ABPs micelles will be performed.

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

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. Téma je řešeno ve spolupráci s předním světovým výrobcem katalyzátorů Johnson Matthey a finančně podporováno evropským projektem Horizon 2020.

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.

Léčiva a biomateriály

Studijní program: Syntéza a výroba léčiv

Formulace aktivních léčebných ingrediencí ve formě amorfních disperzí pomocí extruze

Hassouna Fatima, Mgr. Ph.D. ( Fat...@vscht.cz)

Kinetika sušení polymerních roztoků a studium jejich mechanických vlastností

Štěpánek František, prof. Ing. Ph.D. ( Fra...@vscht.cz)
Proces fluidní granulace je klíčovým krokem při výrobě mnoha léčiv. Klíčovým parametrem k pochopení kinetiky procesu a jeho následné řízení je "lepivost" pojiva, což zpravidla bývá tenký film ve vodě rozpustného polymeru (např. PVP, HPMC), které je nastříknuto do fluidní vrstvy pomocí atomizační trystky. Ve fludní vrstvě dochází k současnému odpařování rozpouštědla a vrstvení pojiva na primárních částicích, což má za následek komplexní závislost rychlosti granulace na procesních parameterech a materiálových vlastnostech. Cílem projektu je tuto závislot detailně zmapovat na několika úrovních - od detailního studia transportních procesů na úrovni polymerního filmu, přes úrověň kolidujících částic, až po úroveň celého procesu. Kromě experimentální studie bude též vyvinut matematický model procesu granulace, zohledňující získané závislosti. Projekt bude probíhat ve spolupráci s průmyslovým partnerem (PSE Ltd.).

Povrchové vlastnosti lékových forem a jejich vlyv na in-vitro kinetiku vylučování léčiva

Šoóš Miroslav, doc. Ing. Ph.D. ( Mir...@vscht.cz)
Goal of this project is to investigate the effect of surface properties of API and other excipients on in-vitro dissolution behaviour. To simplify the formulation process dry compactification will be used to prepare samples for further studies. Student will be involved in the characterization of surface properties of pure API prepared in various forms (powders with different sizes) using contact angle measurement, surface area characterization, zeta-potential measurement, AFM and Raman mapping. These information will be in the next step correlated with the in-vitro dissolution kinetics of the same API from prepared samples. Particular attention will be dedicated to the interplay between properties of API and other excipients such as hydrophobicity, wettability of API covered with surfactants etc. To obtain complete information about API state characterization of solid state (particle size and size distribution, composition etc.) various techniques such as light scattering, Raman and fluorescence spectroscopy, and image analysis will be combined with the measurement of the liquid phase composition by HPLC and spectrophotometry. Gained knowledge will be used to develop strategies to predict and control dissolution profiles of new APIs. Due to application of several advanced analytical technique knowledge of data treatment and mathematical modelling using MATLAB or equivalent program will be a good asset.

Chemické inženýrství

Studijní program: Chemické a procesní inženýrství (čtyřleté)

Iontově-výměnné systémy v mikrofluidních a milifluidních systémech s aplikacemi v oblasti diagnostiky

Slouka Zdeněk, doc. Ing. Ph.D. ( Zde...@vscht.cz)
Jedním z moderních trendů v oblasti diagnostiky nemocí je vývoj systémů anglicky označených jako "point-of-care". Do češtiny lze tento anglický termín volně přeložit jako systémy umožňující diagnostiku případné nemoci přímo na místě u pacienta. Tento trend reflektuje snahu přenést testování odebraných vzorků nejčasti lidských tekutin z centralizovaných a dobře vybavených laboratoří do míst, kde se pacienti běžně nachází (ordinace obvodního lékaře, domov, a podobně). Přínosem tohoto přítupu diagnostiky nemocí je urychlení celého procesu diagnostiky a zlevnění prováděných testů. Vývoj těchto systémů ovšem přináší značné nároky na vlastní technologie k detekci nemoci.
V této práci se disertant zaměří na možnost využití iontově-selektivních membrán k vývoji výše zmíněných diagnostických systémů. Iontově-výměnné systémy po zapojení do stejnosměrného elektrického pole vykazují celou řadu elektrokinetických jevů . Tyto elektrokinetické jevy nalézají zajímavé využití, na příklad při separací určitých biomolekul z komplexních vzorků, jejich předkoncentrace či vlastní detekce. Cílem této dizertační práce bude převážně experimentální studium elektrokinetických jevů vykazovaných iontově-výměnnými systémy v přítomnosti zvolených biomolekul a využití těchto jevů k vývoji metod kompatibilních s výše zmíněnými "point-of-care" diagnostickými a screeningovými systémy.
Tato práce bude částečbě podporována projektem řešeným pro americkou firmu AgenDx a dále projektem GAČR zaměřeného na výzkum interakcí nabitých biopolymerů s iontově-výměnnými systémy.

Kontaktní osoba: Zdeněk Slouka - sloukaz@vscht.cz
Ústav chemického inženýrství

Technologie pro výrobu mikrofluidních a milifluidních systémů

Slouka Zdeněk, doc. Ing. Ph.D. ( Zde...@vscht.cz)
Mikrofluidní systémy díky svým charakteristickým vlastnostem nabízí celou řadu zajímavých aplikací, které se v poslední době orientují zejména na oblasti týkající se medicíny, biologie, biochemie, molekulární biologie a podobných. Jedním z limitujících faktorů, který brzdí masovou produkci daných mikrofluidních systémů a tedy i jejich přenesení z laboratoří do běžného života, jsou výrobní technologie těchto systémů. Tyto výrobní technologie musí být na jednu stranu dostatečně spolehlivé, na druhou též levné a tím pádem i jednoduché.
Tato disertační práce se bude zaměřovat na vývoj jednoduchých technologií vhodných k výrobě mikrofluidních čipů. Tyto technologie budou zahrnovat: (i) technologie k výrobě mikrostuktur, (ii) technologie ke spojování již strukturovaných materiálů a (iii) technologie umožňují snadné připojení na vnější zařízení. Práce bude vycházet z technologií, které jsou v současné době dostupné v laboratoři mikrochemického inženýrství na VŠCHT Praha. Těmito technologiemi jsou optická litografie, mechanické mikroobrábění, galvanika zlata, tepelné spojování, a další. Speciální pozornost bude věnována vývoji technologií pro výrobu mikrofluidních systémů s vloženým elektrodovým polem a dále technologiím umožňující integraci nanostrukturovaných vodivých materiálů (vodivé polymery, uhlíkové nanotrubky, ...) do těchto systémů. Mikrofluidní systémy s nanostrukturovanými vodivými materiály a kovovými elektrodami nalézají uplatnění v oblasti senzorů, biosenzorů či vývoji nových baterií.
Tato disertační práce bude podporována grantem "Baterie na bázi organických redoxních látek pro energetiku tradičních i obnovitelných zdrojů." uděleného Ministerstvem školství a tělovýchovy.

Kontaktní osoba: Zdeněk Slouka - sloukaz@vscht.cz
Ústav chemického inženýrství


Přehled projektů doktorského studia nabízených Ústavem chemických procesů Akademie věd ČR naleznete →ZDE

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