Studentská vědecká konference 2022

Obnoviteľné zdroje v energetike predstavujú výzvu v podobe nekonštantných dodávok elektriny do rozvodnej siete. Potenciálnym riešením sú organické redoxné prietokové batérie (RFB- redox flow battery), ktoré by uchovávali vyrobenú energiu a zabezpečovali jej nepretržitú dostupnosť. Antrachinónové disulfónované soli (AQDS) sú vhodnými kandidátmi na redoxne aktívnu látku pre záporný elektrolyt RFB. Cieľom tejto práce bola elektrochemická charakterizácia 2,7- a 2,6-disulfónovaných AQDS s rôznymi protiiónmi pomocou voltametrických meraní, štúdium chemickej stability v článku prietokovej batérie a stanovenie maximálnej rozpustnosti vo vodnom elektrolyte s neutrálnym pH. Voltametrické merania prebiehali na statickej a rotujúcej diskovej elektróde, pričom boli vyhodnotené elektrochemické parametre (formálny redoxný potenciál, difúzny koeficient, kinetické parametre), ktoré vykazovali malé rozdiely medzi skúmanými vzorkami. Rozpustnosť bola stanovená analýzou nasýtených roztokov AQDS v UV-VIS spektrometri, kedy boli najvyššie hodnoty namerané pri 2,7-AQDS-Na a 2,7-AQDS-NH₄. Pri cyklickom nabíjaní/vybíjaní v laboratórnom prietokovom článku bolo pri oboch formách optimalizované zloženie elektrolytu pre dosiahnutie vysokej stability. Pri NH₄-forme bola objavená možnosť regenerácie kapacity.

Ni-Cd akumulátory jsou díky svým vlastnostem dodnes využívané ve specifických aplikacích a předpokládá se, že v oběhu budou ještě nejméně třicet let. Toxicita kadmia pro životní prostředí je zřejmou problematikou a po skončení životnosti je nutné akumulátory recyklovat s důrazem na kompletní odstranění kadmia. Při recyklaci Ni-Cd akumulátorů pyrometalurgickým zpracování v redukční atmosféře se z technologie uvolňuje odplyn s vysokým množstvím oxidu uhelnatého, které je třeba výrazně snížit, nejlépe odstranit. K tomu bylo navrženo zařízení (dospalovák), které zbavuje odplyn oxidu uhelnatého jeho spálením kyslíkem na oxid uhličitý. Pro řízení dospalováku je třeba sestavit logiku řízení a regulaci, aby jednotka dokázala řídit proces hoření tak, že koncentrace oxidu uhelnatého bezpečně klesne pod zákonem stanovený limit 500 mg/m³ a spaliny budou moci být vypuštěny do ovzduší.

V průmyslové praxi je absorpce často využívaným procesem pro čištění plynů. Absorpce je provozována v kolonových aparátech, které jsou naplněny strukturovanými nebo sypanými výplněmi. Ty jsou používány pro zlepšení kontaktu kapalné a plynné fáze. Aby bylo možné v Laboratoři sdílení hmoty pracovat s co největším množstvím těchto výplní, je potřeba mít k dispozici různě dimenzované kolony. Cílem této práce bylo proto postavit novou poloprovozní absorpční kolonu o vnitřním průměru 300 mm z materiálu, který odolá veškerým chemikáliím a tlakům, kterým bude kolona vystavena a naměřit na ní tak prvotní data. První změřená veličina na nové koloně byla tlaková ztráta na vysokokapacitní strukturované výplni Mellapak 252Y od firmy Sulzer Ltd. Tlaková ztráta byla naměřena na systému voda – vzduch jak pro suchou výplň, tak při různých mírách skrápění vodou. Získaná data byla následně porovnána s daty od výrobce získaná z programu Sulcol a využita pro stanovení specifických konstant výplně pro hydromechanický model. Konkrétně pro hojně používaný model Billet and Schultes z roku 1999.

Znalost smykového napětí v systémech používaných pro kultivaci savčích buněk představuje klíčový parametr pro přenos procesu z laboratorního do výrobního měřítka. Kultivace může probíhat buď vsádkově (v bioreaktoru), nebo kontinuálně (perfuzní systém). Při kontinuálním provozu je běžně používáno odstředivé čerpadlo, které představuje další zdroj smykového napětí a tudíž i riziko pro buňky. Předložená práce bude věnována experimentální charakterizaci maximálního smykového napětí v míchaném reaktoru a odstředivém čerpadle za použití systému agregátů nanočástic citlivých na smykové napětí. Získaná data budou porovnána s hodnotami vypočtenými pomocí modelování dynamiky tekutin (CFD). Metoda agregátů bude testována také vzhledem k její robustnosti (vliv parametrů použitých při agregaci na chování částic ve zkoumaném systému) a univerzálnosti (aplikovatelnost v koncepčně odlišných systémech).   

Tekuté kuličky představují vhodnou alternativu pro podávání účinných látek se špatnou biodostupností překonanou např. podáním v amorfní formě. Kuličky se připravují kapáním roztavené pevné fáze do lože z prášku, kterým se po dopadu obalí. Účinná látka se stabilizuje nejčastěji v olejové fázi nebo polymeru. Výsledný tvar, velikost, nebo obsah prášku vůči olejové fázi se dá regulovat mnoha výrobními parametry, jako jsou výška, ze které kapky dopadají do lože, teplota a průtok taveniny, teplota práškového lože, nebo rychlost chlazení produktu. Tato práce se je věnována studiu vnitřní struktury kuliček, odhalování výrobních vad a výpočtu obsahu prachových částic. Kuličky jsou skenovány pomocí mikrotomografie, která umožňuje nedestruktivní pohled do nitra kuličky. Na snímcích z CT jsou zřetelně rozlišitelné složky, ze kterých se kulička skládá, a tudíž je možné vyhodnotit i poměr jejich obsahu. Nejčastěji přítomné vady pozorovatelné při tomografii jsou dutiny nebo separace fází vznikající při tuhnutí kuličky. Práce by měla vést k optimalizaci výrobních parametrů a minimalizaci vad u připravovaných kuliček.

V současné době není na trhu mnoho zařízení schopných měřit koncentraci vodíku v plynech a kapalinách s náležitou selektivitou a s přijatelnou odolností vůči podmínkám v provozu. Vodíkový senzor vyvíjený v Laboratoři sdílení hmoty vykazuje slibné výsledky jak v přesnosti měření, tak v odolnosti v provozu.  Vodíková sonda funguje na principu ampérometrie. Této elektroanalytické metody využívá i dříve vyvinutá kyslíková sonda, jež nalezla využití v jaderné elektrárně. Výhodou ampérometrické vodíkové sondy je, že oproti většině komerčně dostupných senzorů založených na tepelné vodivosti vykazuje výrazně vyšší selektivitu pro vodík, poskytuje prakticky okamžitou odezvu (časová konstanta v jednotkách sekund) a signál sondy je z fyzikálního principu měření lineární vůči koncentraci vodíku. Tato práce je zaměřena na rozšíření řídicího software o modul ověření linearity signálu sondy přímo na měřícím zařízení. Předchozí vývoj byl zaměřen na software pro tlakovou a teplotní korekci velikosti měřeného signálu. Korekci bylo možné provést na základě experimentálního stanovení aktivační energie použité membrány. Všechny dílčí části byly implementovány do jednoho programu, který obsluhuje celé měřící zařízení sondy.  

The so-called electrodynamic dust shield (EDS) is a technology that uses an electric field to repel charged particles. It was invented to keep the surfaces of vulnerable devices in space clean. Unlike the highly charged particles in space, terrestrial dust particles carry smaller to no charge, as they are, for example, not exposed to direct space rays. The fundamental idea of this work is to intensify the charge on deposited dust particles using the triboelectric effect so that the dust shield would be more applicable to Earth conditions. We studied the behavior of sand particles on four different polymer layers prepared by electrospraying. Charging was carried out using a 3D-printed charging cell and vibrational apparatus and evaluated using a Faraday cup with an electrometer. The results showed that polystyrene and polymethylmethacrylate could be utilized in terrestrial EDS due to their durability and ability to reliably charge the sand particles to one polarity. For the next part of the research, we constructed an EDS prototype to confirm the concept's functionality. Using a 3D-printed cage, we fitted prepared polymer layers on the electrode and studied the repulsion of adhered dust. In the future, the completed improvement could find great use in the photovoltaic industry.  

V automobilovém průmyslu jsou vyvíjeny technologie sloužící ke snižování toxických složek výfukových plynů tak, aby účinnost těchto zařízení byla co nejvyšší a byly splněny i ty nejpřísnější legislativní předpisy. Pro čištění výfukových plynů se v dnešní době nejčastěji využívají katalytické filtry pevných částic. Jedná se o zařízení schopná zachytávat jak pevné částice, tak i katalyticky přeměňovat škodlivé plynné složky (zejména oxid uhličitý, oxidy dusíku a zbytky nespálených uhlovodíků) na zdravotně nezávadné látky (voda, dusík a oxid uhličitý). Katalytické filtry pevných částic jsou v automobilech vystavovány extrémním podmínkám, a je proto důležité, aby během provozu nedocházelo k nevratnému snížení katalytické aktivity. Tato práce se zaměřuje na hlavní faktor ovlivňující stárnutí katalytického filtru pevných částic, kterým je vliv vysoké teploty a s tím související nežádoucí růst velikosti katalyticky aktivních nanočástic (slinutí), které vede ke ztrátě aktivních center. Cílem práce je nalezení takových provozních podmínek, které umožní oxidaci sazí a zároveň omezí deaktivaci katalyzátoru.

β-glukany jsou polysacharidy, které je možné nalézt např. v buněčných stěnách kvasinek. Vyznačují se schopností stimulovat imunitní odpověď organismu, což z nich činí potenciálně výhodný materiál pro různorodé aplikace, např. doručování léčiv. Z původních kvasinkových buněk je možné několikakrokovou extrakcí získat duté, porézní částice o velikosti 2-5 μm, jejichž stěny jsou tvořeny právě z β-glukanů. Přestože v literatuře je produkt tohoto postupu běžně popisován jako duté částice, snímky z konfokálního mikroskopu i TEM (naše i v literatuře) naznačují přítomnost jádra uvnitř částic. Toto jádro ovšem není nijak komentováno. Zaměřili jsme se na zjištění složení tohoto jádra. Byly provedeny pokusy o rozbití částic, s cílem uvolnit jádro z obalu a charakterizovat ho obvyklými metodami (např. spektroskopicky), čehož však nebylo několika různými metodami dosaženo. Až využití konfokální Ramanovy mikroskopie umožnilo i bez rozbíjení odhalit, že se jádro pravděpodobně skládá ze směsi α-polysacharidů a blíže nespecifikovaných proteinů. Důsledkem vyhodnocení dat z konfokálního mikroskopu a konfokálního Ramanova mikroskopu byla celková změna pohledu na strukturu glukanové částice.

I přes to, že efektivní mezifázová plocha je jedním z parametrů modelů pro sdílení hmoty v plněných kolonách, neexistuje  metoda, která by dokázala spolehlivě určit její hodnotu. Cíl práce je vývoj metody umožňující experimentální stanovení efektivní mezifázové plochy strukturovaných výplní při destilačních podmínkách. Za tímto účelem byla navržena a sestavena aparatura ve které po skloněném plechu proudí kapalina a proti ni stoupá pára a dochází k destilaci. U vybraných binární systémů, pro které je teplota měřená termokamerou velmi blízká teplotě fázového rozhraní, provádíme termografické snímky a videa kapalného filmu. Z pořízených termografických záznamů se snažíme určit místa se zhoršenou hydrodynamikou stékajícího kapalného filmu, ve kterých se kapalina dostala do rovnovážného stavu s párou, čímž v tomto místě došlo k poklesu intenzity sdílení hmoty.