Studentská vědecká konference 2019

2-butoxyethanol se řadí mezi glykolethery, které jsou charakteristické asymetrickou strukturou molekul - jeden konec je nepolární díky alifatickému uhlovodíkovému řetězci, druhý obsahuje polární -OH skupinu. Kvůli této vlastnosti je možné je použít jako směsná rozpouštědla vzájemně obtížně mísitelných látek. K jejich častému průmyslovému využití přispívá i jejich relativně nízká toxicita, vysoký bod varu a snadná odbouratelnost v přírodě, což jsou požadavky kladené na moderní rozpouštědla. Chování této látky ve směsích s dalšími rozpouštědly však není dostatečně známo a změřeno. Jako zástupce těchto dalších rozpouštědel byl vybrán cyklopentylmethylether, který odpovídá stejným enviromentálním požadavkům jako 2-butoxyethanol. Pro výše uvedené látky byla změřena izotermní rovnováha kapalina–pára cirkulačním přístrojem. Změřená data budou proložena vhodným termodynamickým modelem.

One of the key elements of population protection is the rapid and efficient detection of explosives. To enhance their detectability volatile compounds called taggants are added to explosives. The taggants are chemicals of higher vapor pressure (volatility) than a given explosive, which slowly evaporate or sublime from explosives. The taggants are subsequently detected in the atmosphere by suitable analytical instruments. Knowledge of vapour pressure is one of the key taggant parameters determining its application for a given explosive and useful lifetime. The aim of this work was to determine the vapor pressures and thermodynamically linked properties for selected explosive taggants, namely 2,3-dimehtyl-2,3-dinitrobutane, 2-nitrotoluene and 4-nitrotoluene. Experimental studies included the vapor pressure measurements using a static method, investigation of phase behaviour by differential calorimetry, and measurement of condensed-phase heat capacities. Based on the above-mentioned data in combination with ideal-gas thermodynamic properties, the recommended correlation equations for the description of the vapor pressure of explosive taggants in a wide temperature range will be developed by the method of simultaneous correlation of thermodynamically linked properties.  

Propylenkarbonát je látka, která se používá např. jako rozpouštědlo šetrné k životnímu prostředí, je součástí elektrolytu v lithiových bateriích, nachází využití v organické syntéze nebo se využívá při výrobě polyuretanových a polykarbonátových pryskyřic. Pro její využívání v praxi je žádoucí znalost chování této látky ve směsích. Práce se zabývá experimentálním stanovením fázové rovnováhy kapalina-kapalina v systému propylenkarbonát + voda a jeho termodynamickou charakterizací. Fázové chování směsi propylenkarbonát + voda již bylo částečně studováno, ale dosavadní literární data jsou do značné míry rozporuplná. Z tohoto důvodu byla provedena nová experimentální stanovení rovnováhy kapalina-kapalina v tomto systému. Měření rovnováhy bylo provedeno zákalovou metodou a přímou analytickou metodou využívající plynový chromatograf a Karl-Fisherovou metodou stanovení vody. Experimentální data byla vyhlazena pomocí rovnice založené na rozšířeném škálovacím zákoně. Byla tak získána horní kritická rozpouštěcí teplota a složení kritického bodu rovnováhy kapalina-kapalina studovaného systému.  

Cílem práce bylo experimentální stanovení limitního aktivitního koeficientu methyl(t-butyl)etheru (MTBE) ve vodném roztoku NaSCN v závislosti na koncentraci soli a určení hodnoty konstanty Sečenovovy rovnice (K_s) pro tento systém. Stanovení byla prováděna saturační metodou (IGS method) při teplotě 25 °C do obsahu soli 1,2 mol/kg. Porovnáním lineárního a kvadratického modelu regrese se ukázalo, že závislost logaritmu limitního aktivitního koeficientu MTBE na obsahu soli je lépe vystižena nelineární závislostí, tudíž je pro tento případ vhodnější uvažovat jako hodnotu Sečenovovy konstanty směrnici závislosti při nulovém obsahu soli. Správnost získané hodnoty K_s byla úspěšně potvrzena porovnáním s hodnotami vypočtenými z dat o Sečenovově konstantě pro MTBE v roztocích jiných solí na základě dříve potvrzeného předpokladu o aditivním charakteru Sečenovovy konstanty.  

Iontové kapaliny jsou v poslední době rozšířená a atraktivní rozpouštědla, především kvůli jejich nízké těkavosti a související domnělé přírodní nezávadnosti. Ekologická zátěž běžně průmyslově využívaných iontových kapalin ovšem značně narůstá kvůli častému využívání halogenovaných skupin. Studie se zabývá alternativními iontovými kapalinami a nízkotajícími solemi, konkrétně pak těmi odvozenými od aminokyselin a cholinu. Pro látky z těchto skupin existuje kromě krystalových struktur jen velmi málo informací, často nejsou známy ani základní fyzikálně-chemické vlastnosti, jako například normální bod tání. Proto se tato práce zaměřuje na studium termodynamických vlastností metodami diferenční skenovací kalorimetrie. Bylo syntetizováno pět nitrátů proteinogenních aminokyselin a tři vzorky obsahující jako kationt cholinovou skupinu byly zakoupeny. Kvůli silné hygroskopicitě, kterou iontové kapaliny běžně vykazují, byl další nutný krok vakuové sušení a následná manipulace v inertní atmosféře. Krystalická struktura a čistota byly určeny pomocí rentgenové práškové difrakce. Pomocí dvou skenovacích kalorimetrů se studovaly tepelné kapacity a fázové chování. U některých vzorků byl zaznamenán tepelný rozklad, který se ověřil vizuálně při zahřívání pomocí bodotávku.  

Iontové kapaliny (IL) nacházejí díky svým unikátním vlastnostem uplatnění například při extrakci, destilaci nebo membránových separacích. Tradičně jsou pro účely výběru IL pro konkrétní aplikace měřeny rovnovážné charakteristiky, například rozpustnosti a limitní aktivitní koeficienty těkavých látek. Rozšířením tohoto přístupu je současné měření difuzivit těkavých látek a jejich rovnovážné rozpustnosti v IL. Difuzivita byla doposud experimentálně zjištěna jen pro značně omezený počet systémů, například CO₂ – [EMIM][TF2N]. Predikce difuzivit, například pomocí Wilkeovy-Changovy korelace, je omezena na zředěné systémy. V této práci byla měřena rovnovážná rozpustnost a kinetika rozpouštění těkavých par v cylindrických tělesech z 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imidu [BMIM][TF2N] a z 1-butyl-3-methylpyridinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imidu [BMPY][TF2N]. Bylo studováno rozpouštění par vody, methanolu, ethanolu, 1-butanolu, acetonu a p-xylenu v uvedených IL při 40 °C, v případě vody dále při 30 °C, pro aktivity par v rozmezí zhruba 0,2-0,8. Z dosavadních výsledků například plyne, že záměna kationtu IL nemá zásadní vliv na difuzivity ani na rovnovážné rozpustnosti těkavých látek.  

Povrchem zesílený Ramanův rozptyl je fyzikální jev, pomocí kterého lze s využitím spektroskopických technik detegovat velmi malé koncentrace rozličných analytů. K zesílení Ramanova signálu dochází na povrchu substrátu díky rezonanci povrchových plasmonů, která vzniká v důsledku interakce volných povrchových elektronů kovu s polarizovaným zářením, přičemž jako zesilující substrát lze použít například kovové nanočástice. Jedním z nepříliš běžných plasmonických materiálů je měď, kterou kromě dobré reaktivity a plasmonové resonance ve viditelné oblasti vyzdvihuje také její cenová dostupnost. Vlivem rychlé oxidace a agregace nanočástic jsou však její optické vlastnosti nestálé. Cílem této práce je posoudit míru zesílení u koloidních systémů skládajících se z roztoku měděných nanočástic a různých koncentrací studovaného analytu (4–aminobenzenethiol) v závislosti na čase. Tato závislost byla posuzována na základě Ramanových spekter, která byla měřena s excitační vlnovou délkou 785 nm. Zároveň byla měřena UV/VIS spektra za účelem sledování pozice maxima plasmonové resonance a posouzení vhodnosti užití konkrétního laseru. Z důvodu monitorování chování nanočástic bez aplikovaného analytu byly na transmisním elektronovém mikroskopu pořízeny snímky nanočástic s různou dobou stárnutí.  

Pervaporace je membránový separační proces založený na dělení kapalné směsi na základě rozdílných propustností membrány pro jednotlivé složky. Tohoto principu se využívá hlavně pro dělení látek tvořících azeotrop, jelikož, na rozdíl od destilace, není podmíněn rozdílnou těkavostí látek. Předmětem této práce je studium dvojice methanol-methylacetát, které tvoří těkavý azeotrop, obsahující 68,5 mol. % methylacetátu při 53,4 °C. Cílem je příprava separačních membrán ze síťovaného polychloroprenu a zjištění jejich separačních vlastností pro uvedenou dvojici látek. Přestože je polychloropren mechanicky a chemicky odolným polymerem, vyráběným v průmyslovém měřítku a používaným v řadě aplikací, v oblasti membránových separací byl až do teď prakticky přehlížen. Podle dosavadních výsledků pervaporačních měření směsí methanolu a methylacetátu jsou membrány ze síťovaného polychloroprenu organofilní, to znamená, že membrána propouští přednostně methylacetát před methanolem. Polychloropren má proto potenciál stát se alternativou k polydimethylsiloxanu (PDMS), ze kterého jsou doposud obvykle připravovány organofilní separační membrány.