Studentská vědecká konference 2017

Emise výfukových plynů značně přispívají k znečistění ovzduší. U vozidel s dieselovými motory jsou největší problematikou emise oxidů dusíku (NO_x), které se odstraňují pomocí selektivní katalytické redukce (SCR), kde jako redukční činidlo slouží NH₃. Při ní se využívají porézní zeolitové katalyzátory s iontově vyměněnou mědí, nejčastěji Cu/SSZ‑13. V provozu je SCR katalyzátor vystaven vysokým teplotám, což vede k jeho stárnutí.  Vlivem zvýšených teplot přechází atomy mědi z formy ZCuOH do stabilnější Z₂Cu, kde Z označuje vazné místo na atomu hliníku v zeolitu. Aktivní centra mohou také být blokována sloučeninami síry, které působí jako katalytický jed. Stárnutí ovlivňuje funkce katalyzátoru a může mít za důsledek snížení jeho efektivity. V rámci této práce byl vytvořen matematický model popisující kinetiku transformace aktivních center během teplotního stárnutí katalyzátoru. Zároveň byl studován vliv jednotlivých center na aktivitu katalyzátoru při oxidačních reakcích v SCR konvertoru. Studována byla oxidace NO, NH₃, CO a SO₂. Kinetické parametry byly vyhodnoceny na základě experimentálních dat z laboratorního reaktoru získaných pro čerstvé a zestárlé vzorky. Vyvinutý model umožňuje předpovídat vývoj aktivity katalyzátoru a dosahovaných konverzí škodlivin při dlouhodobém provozu.  

Polymérne peny sú široko využívané spoločnosťou vďaka dobrým izolačným schopnostiam, nízkej hmotnosti či šetrnosti k životnému prostrediu. Ich výroba je vsádzkový proces napeňovania v autokláve, kedy je vodná suspenzia polymérnych častíc vystavená nadúvadlu pri zvýšenom tlaku a teplote pohybujúcej sa okolo teploty topenia polyméru. Pri tejto teplote dochádza k agregácii natavených polymérnych častíc do veľkých zhlukov, a preto je potreba pridávať do systému aditíva, ktoré tomuto deju zabraňujú. Z času na čas výrobný proces zlyháva a dochádza k ich nežiadúcemu zlepovaniu. Táto práca si kladie za úlohu zistiť a vyriešiť, prečo k tomuto deju dochádza. Jeden z možných dôvodov je stabilita suspenzie aditív, ktorá bola skúmaná porovnávaním veľkostnej distribúcie agregujúcich častíc v suspenziách s rôznymi koncentráciami aditív. Pri sýtení nadúvadlom dochádza k jeho rozpustnosti vo vodnej suspenzii, čoho následkom je zmena pH prostredia. To môže značiť ďalší ovplyvňujúci faktor, ktorý bol v tejto práci taktiež skúmaný.

V současné době spadá sedmdesát až devadesát procent účinných látek do kategorie špatně rozpustných ve vodném prostředí. Tento faktor negativně ovlivňuje absorpci léčiv po perorálním podání a zároveň biologickou dostupnost. Jednou z možností, jak řešit tento problém je užití glukanových částic. Ty se získávají odstraněním vnitřních organel z kvasinky pekařské (Saccharomyces cerevisiae). Předností tohoto procesu je jeho jednoduchost, rychlost a nízkonákladovost. Glukanové částice slouží jako nosič aktivní látky, čímž zvyšují její rozpustnost, kterou též podporuje fakt, že výsledná směs má amorfní povahu. Má práce se zabývá přípravou těchto částic a zejména pak jejich formulováním do tablet. Tablety zaručují dobrou stabilitu účinné látky a přesné dávkování. Dále umožňují snadnou optimalizaci kinetiky uvolňování volbou procesních parametrů a složením formulací. Za pomoci nejrůznějších analytických metod sleduji vliv glukanových částic na mechanické, dezintegrační a disoluční vlastnosti tablet. 

This work targets the potential use of cannabinoids in the battle with inflammatory diseases such as rheumatoid arthritis (RA). These plant-based compounds from Cannabis sativa can interact with the endocannabinoid system and many other cellular receptors in the human body and thus reduce inflammation. Our goal is to test the possibility of using various cannabinoids for the treatment of RA. A common problem for all cannabinoids is their very low solubility in water, resulting in very low bioavailability. In this respect, oil-based formulations can improve bioavailability; however, on the market, only oil solutions exist, with no study of how droplet size would impact cannabinoids bioavailability. Therefore, our goal is to prepare stable emulsions with various droplet sizes. This was done through processes using Ultra-Turrax, membranes, sonication, or high-pressure homogenization. Consequently, such emulsions were tested in vivo on rats. Based on the results, it was found that the largest interfacial surface might not be as beneficial for bioavailability as we thought, and there was an optimal droplet size with the highest bioavailability.  

Glukanové částice (GPs) se dají využít pro cílené doručování látek prostřednictvím fagocytózy. Octomilka obecná (drosophila melanogaster) je pro tento systém použitelná jako in vivo model s krátkým generačním časem. Vytvoření ucelenějšího obrazu o fungování tohoto systému doručování látek je však vlivem nedostatečné rozlišovací schopnosti běžně používaných zobrazovacích metod obtížné. Naším cílem je proto vytvoření kontrastního média na bázi gadolinia a glukanových částic (GPs), umožnujicí lokalizaci částic uvnitř organismů pomocí metod výpočetní topografie (CT) a magnetické rezonace (MRI).   Byla navržena dvoukroková in situ metoda přípravy kompozitů na bázi GPs a gadolinia dvou formách – nanočástice Gd₂O₃ a alginátový gel (Gd³⁺). Pro přípravu kompozitů s Gd₂O₃ byla využita syntéza z Gd(CH₃COO)₃ a TMAH, pro kompozity s alginátovým gelem reakce alginátu s GdCl₃ (při testování metody nahrazován CaCl₂). Obě cesty přípravy byly optimalizovány. Připravené kompozity vykazovaly dobré morfologické vlastnosti (jednotlivé částice bez agregátů). Další charakterizace připravených kompozitů bude zaměřena na celkový obsah gadolinia, stabilitu a cytotoxicitu.  

The majority of aromatic hydrocarbons are harmful to living organisms and the environment. Handling these hazardous substances is a crucial part of petrochemistry. A frequently used processing method is hydrogenolysis, a chemical reaction that allows the breakdown of an aromatic cycle by the addition of a hydrogen atom to the resulting molecule. This allows better utilization of aromatic hydrocarbons by transforming them into simpler alkanes, which have wider industrial applications. However, to obtain desired products with longer carbon chains, it is essential to keep the reaction temperature within the needed limits. Otherwise, the process is degraded by hydrocracking. This work aims to understand mass, momentum, and heat transfer in an experimental packed-bed reactor utilizing the developed (2+1)D computational fluid dynamics (CFD) model validated on the data supplied by the industrial partner. The long-term goal is to design an industrial reactor configuration to keep the temperature within the stable limits optimal for reaction selection. 

Ve spalovacích motorech vznikají jemné saze, které jsou škodlivé lidskému zdraví. K jejich odstranění se používá filtr pevných částic. Permeabilita stěny je jedním z klíčových parametrů filtru, neboť ovlivňuje tlakovou ztrátu pozorovanou u celého filtru. Cílem této práce je z obrazových dat získaných rentgenovou mikrotomografií pro různé vzorky porézních filtrů pevných částic předpovědět permeabilitu stěny filtru. V prvním kroku jsou obrazová data využita na 3D rekonstrukci morfologie stěny. V rámci zpracování obrazových dat je zkoumán vliv různých prahových hodnot použitých pro rozlišení jednotlivých fází. Získaná rekonstruovaná stěna je pak převedena na výpočetní síť a využita pro CFD simulaci toku plynu médiem (viz obrázek). Z vypočítaného tlakového pole je pak vyhodnocena průměrná permeabilita stěny. Tato hodnota předpovězená modelem je následně porovnána s naměřenými daty z experimentů. Výsledky ukazují dobrou shodu mezi simulovanou a změřenou permeabilitou pro vzorky s různou mikrostrukturou stěny.  

Many additives are used in the polymer industry to improve products. These substances can negatively affect the recycling process. Thus, sorting plastic waste not only by bulk material but also by additive content can be valuable. The presented work focuses on the impact of colourants on the triboelectric sorting of plastic waste. This method is based on generating a surface charge on the ground waste by friction between the waste particles and a particular plate. Humidity, size and composition of involved objects are important. Various commercially available plastics were tribocharged by vibration in cells made of six different plastic materials. We measured the saturation charge and the charging behaviour over time. Then we modified selected plastics with different additives and their concentrations and tested them as before. The effect of additives was mainly observed in the experiments performed in the PP and PVC cells. The presence of chlorine in the PVC cell and in one of used pigments is thought to be responsible for the different charging behaviour. Measurements with the pigment blue showed a dependence on the concentration of the colourant. In conclusion, triboelectric separation could be used for sorting plastics with specific additives from the separated material.  

Electronic skins (e-skins) are artificial flexible skins mimicking the mechanical performance and sensing properties of natural skin by transducing numerous external stimuli into electrical signals. Stretchable and compressible hydrogels based on biopolymers have drawn great attention in recent years for development of e-skins for various applications such as human wearable sensors and feedback sensors in soft robotics. Among them, cellulose, an abundant biopolymer, is an attractive candidate for the development of environmentally friendly and biocompatible electronic devices. However, the combination of sensory and mechanical properties is still a challenge for imitating human skin. In this study, cellulose based-hydrogels are synthesized using chemical cross-linking approach based on free radical polymerization of allyl cellulose in NaOH/urea aqueous solution. Effect of various experimental variables such as the degree of substitution of cellulose with allyl groups obtained in first step of the chemical reaction, concentration of the initiator, and reaction temperature on the swelling degree, morphology, and physico-chemical properties are studied using various characterization techniques.