Chemické inženýrství

Laboratoř bioinženýrství a funkčních materiálů

Y Doc. Ing. Miroslav Šoóš, Ph.D.
b miroslav.soos@vscht.cz
e 220 44 3251

→ webové stránky

Laboratoř, kterou vede Doc. Ing. Miroslav Šoóš, Ph.D., byla na Ústavu chemického inženýrství na VŠCHT v Praze založena v lednu 2015. Kombinuje chemicko-inženýrský přístup s poznatky z materiálových věd, zaměřuje se zejména na problematiku z oblasti biomedicíny, bioseparačních procesů a biotechnologií. Věnuje se např. systémům, které slouží k doručování léčiv, přípravě porézních struktur pro tkáňové inženýrství, studiu interakcí buněk s různými substráty, syntéze multifunkčních porézních materiálů s laditelnou pórovitostí a distribucí velikosti pórů, optimalizaci produkce monoklonálních protilátek u savčích buněk atd.
Z experimentálního hlediska vycházíme z předpřipravených stavebních jednotek, jako jsou různé typy nanočástic převážně na bázi polymerů, které spojujeme do hierarchických struktur pomocí různých interakcí (van der Waalsovy, adheze, eletrostatické atrakce, plastické defomace atd.). Povrch tvořených morfologických struktur je následně upravovám pomocí vhodné povrchové chemie nebo dekorován nanočásticemi na dosažení požadovaných vlastnotí výsledného materiálu (stacionární fáze pro různé typy separací, katalýza, membránové procesy atd.).
Paralelně k experimentům je skupina velmi aktivní v oblati matematického modelování kontrolních procesů, jako je agregace a lámání, modelování vlivu hydrodynamiky na tyto procesy nebo charakterizace transportních jevů probíhajících v porézním médiu. Z hlediska biotechnologie je hlavní aktivita zaměřena na modelování procesů probíhajících uvnitř buněk, jako je změna metabolizmu za různých podmínek, procesy glykosylace proteinů a pochopení vlivu operačních parametrů na optimalizaci kultivace buněk.

Laboratoř biomimetického inženýrství

Y Ing. Viola Tokárová, Ph.D., Ing. Ondřej Kašpar, Ph.D.
b  Viola.Tokarova@vscht.cz, Ondrej.Kaspar@vscht.cz

e 22044 4013

→ webové stránky

Výzkumná skupina Laboratoře biomimetického inženýrství spadající pod Ústav chemického inženýrství byla založena roku 2017. Naším záměrem je studium, popis a zdokonalení ověřených přírodních konceptů, jež se evolucí zdokonalovaly po tisíce let, při řešení praktických problémů dneška – tzv. biomimetika. Mnoho vynálezů, aniž bychom o tom mnohdy věděli, bylo na počátku své existence inspirováno přírodou (tj. mikroorganizmy, rostlinami a živočichy). Jedním z nejznámějších příkladů je suchý zip podobný svou strukturou povrchu plodu bodláku, samočistící povrchy napodobující hierarchickou topologii lotosového květu či umělé neuronové sítě příbuzné struktuře mozku. Biomimetika v současné době nachází své uplatnění při vývoji pokročilých materiálů, snižování odporu při dopravě kapalin, cíleném doručování léčiv či vývoji přírodních antibiotik. Hlavními oblastmi výzkumu naší skupiny jsou kontrolovaná syntéza biomimetických nanočástic pomocí mikrofluidních technik, povrchové modifikace částic, studium interakce částice-buňka, design a optimalizace dvou-fázového toku pomocí CFD, simulace smáčení strukturovaných povrchů.

Laboratoř flotace

Y Dr. Ing. Pavlína Basařová
b  Pavlina.Basarova@vscht.cz

e 22044 3235

→ webové stránky

V laboratoři se zabýváme studiem interakcí bublin a částic, ke kterým dochází např. při flotačním procesu. To je separační metoda, která na základě rozdílné smáčivosti povrchů umožňuje oddělovat minerální rudy a uhlí od hlušiny nebo separovat jednotlivé typy plastů. Náš tým se zaměřuje právě na flotaci plastů, tj. interakce velikostně podobných bublin a částic s hydrofobním povrchem. Studujeme dynamiku bublin, adhezi bublin na povrch pevných částic a další faktory, které chování bublin ovlivňují, například vliv přítomnosti povrchově aktivních látek.

Laboratoř heterogenních katalytických reaktorů

Y Doc. Ing. Petr Kočí, Ph.D.
b petr.koci@vscht.cz
e 220 443 293

→ webové stránky (v angličtině)

Matematické modelování a experimentální studium katalytických reaktorů se zaměřením na automobilový průmysl a ochranu ovzduší. Reakční mechanismy a kinetika heterogenních katalytických reakcí pro snížení obsahu škodlivin ve výfukových plynech (redukce NOx, oxidace CO, uhlovodíků a pevných částic). Příprava, testování a optimalizace porézních katalytických vrstev s definovanou mikro- a nano-strukturou, jejich snímkování a 3D počítačová rekonstrukce. Víceúrovňové matematické modelování transportu a reakcí, počítačové simulace od nano-měřítka po celý reaktor a vývoj software pro průmyslové aplikace.

Laboratoř chemické robotiky

Y Prof. Ing. František Štěpánek, Ph.D.

b Frantisek.Stepanek@vscht.cz

e 22044 3236

→ webové stránky (v angličtině)

Naše výzkumná skupina se zaměřuje na návrh a syntézu strukturovaných částic a částicových systémů ve dvou hlavních oblastech - v "tradiční" technologii částic (granulace, rozprašovací sušení, enkapsulace, fluidace, rozpouštění) a v nové vědní oblasti „chemická robotika“. Naším cílem je vytvořit mikroskopické chemické roboty, kteří mají podobné vlastnosti jako jednobuněčné organismy. Chemičtí roboti jsou např. schopni autonomního pohybu (chemotaxe), mají schopnost ukládat, chemicky zpracovat a řízeně uvolňovat molekuly, dokáží rozpoznat cíl a díky specifické adhezi k němu přilnout. Na rozdíl od živých organismů se nemohou vyvíjet nebo samostatně replikovat. Lze je však dálkově ovládat - odtud název "robot". Dále se zabýváme farmaceutickým inženýrstvím, zde je naším cílem porozumět vztahům mezi strukturou a vlastnostmi pevných lékových forem, jako jsou tablety, a použít tyto poznatky pro návrh nových výrobků a výrobních postupů. Inženýrství farmaceutických přípravků a související výrobní procesy představují výzvu pro chemické inženýry vzhledem ke komplexní povaze používaných materiálů, a to jak z hlediska fyzikálně-chemických vlastností (např. amorfní látky, směsi daleko od rovnováhy), tak z hlediska konstrukce vhodných procesních zařízení a zvětšování jejich měřítka. Příklady projektů z této oblasti zahrnují použití přírodních mikročástic (glukanové částice) pro doručování léčiv, vývoj nano-strukturovaných nosičů pro nádorovou teranostiku, použití technologie 3D tisku pro vývoj a výrobu personalisovaných medicínských přípravků, nebo vývoj nových metod boje proti resistentním mikroorganismům. Zabýváme se též vývojem nových matematických modelů a simulačních nástrojů pro čáticové procesy.

Laboratoř mikrochemického a biochemického inženýrství

Y Prof. Dr. Ing. Juraj Kosek
b Juraj.Kosek@vscht.cz
e 220 443 296

→ webové stránky (v angličtině)

Laboratoř polymeračního reaktorového inženýrství

Jsme velká výzkumná skupina zaměřující se na vše obklopující polymerní materiály. Náš zájem začíná už u samotné výroby, pro kterou navrhujeme optimalizaci reálných průmyslových reaktorů (tj. zlevnění výroby se zachováním kvality produktu). Polymerační proces jako celek zkoumáme pomocí moderních výpočetních metod a dílčí děje také experimentálně pomocí mnoha různých aparatur (TD-NMR, gravimetrických sorpčních vah, videomikroskopie nebo materiálové odezvy na skokové změny tlaku). Dále zpětně zkoumáme vhodnost nastavených podmínek výrobního procesu, případně novou využitelnost vzniklých polymerních materiálů. Za tímto účelem studujeme vnitřní strukturu polymerů a její vliv na materiálové vlastnosti pomocí AFM, SEM nebo μ-CT. Zabýváme se také bezpečností při výrobě spojenou s elektrostatickým nabíjením polymerních částic. Navazujícím tématem je využití elektrostatického nabíjení polymerů při jejich ekologické likvidaci, která je stále palčivějším problémem.

Zcela unikátní výzkum a vývoj nových materiálů vedeme v oblasti nano- a mikro-celulárních polymerních pěn. Díky své struktuře mají řadu výjimečných vlastností, především jsou výbornými tepelnými a zvukovými izolanty. Dostávají se tak do popředí zájmu v oblasti stavebnictví i v dalších oborech. U polymerních pěn se také zabýváme jejich utvářením, strukturou a vlastnostmi.

Dílčím tématem v naší skupině je základní výzkum elektrosprejování jako efektivního nástroje pro tvorbu tenkých vrstev složených z nanočástic a jejich uplatnění např. v oblasti ukládání energie (superkapacitory, baterie) či úpravy povrchů (barvení, superhydrofobní povrchy).

Ve všech těchto odvětvích využíváme pokročilé metody matematického modelování podpořené řadou experimentálních technik, které dohromady zlepšují teoretické poznání polymerů a jejich reálnou využitelnost.

Laboratoř ukládání energie

Laboratoř ukládání energie se zabývá výzkumem perspektivních elektrochemických technologií pro ukládání energie. Výzkum se zejména zaměřuje na studium a popis dějů probíhajících v tzv. průtočných bateriích a kov-vzduchových článcích. Na pracovišti jsou experimentálně i teoreticky studovány jednotlivé faktory ovlivňující účinnost, cenu a životnost úložišť založených na těchto technologiích. Hlavními výzkumnými směry v oblasti průtočných baterií jsou: Studium kinetiky elektrodových reakcí a jejich katalýza, experimentální a matematický popis transportních vlastností membrán, optimalizace geometrie svazku baterie s ohledem na ohmické a hydraulické ztráty a experimentální a matematický popis ztrát způsobených zkratovými proudy. Výzkumná skupina se zároveň zaměřuje na inovace pro technologii kov-vzduchových palivových článků, které mohou nalézt uplatnění v mobilních aplikacích. V posledních letech se v rámci základního výzkumu začali hledat nové elektroaktivní organické látky, které mohou znamenat revoluci ve stávajících technologiích pro stacionární i mobilní akumulaci energie.

Laboratoř požárního inženýrství

Y Doc. Dr. Ing. Milan Jahoda
b Milan.Jahoda@vscht.cz
e 220 443 223

→ webové stránky

Hlavní náplní Laboratoře požárního inženýrství je aktivní využití metody počítačové dynamiky tekutin (CFD) při řešení problematiky hoření, šíření požárů a hašení. Dále jsou studovány oblasti spojené s dynamikou hoření, např. kinetika termického rozkladu pevných látek, rychlost odpařování těkavých kapalin při hoření, rychlost šíření hořlavých plynů při úniku ze zásobníků. Pro výpočty jsou používány speciální CFD programy, např. Fire Dynamics Simulator (FDS), FireFOAM a ANSYS Fluent. Výpočetní metody jsou doplňovány experimenty v laboratorním měřítku. Výzkumná skupina spolupracuje s Technickým ústavem požární ochrany HZS ČR při řešení výzkumných projektů a realizací velkorozměrových požárních zkoušek.

Procesní a systémové inženýrství

Y Doc. Dr. Ing. Tomáš Moucha
b tomas.moucha@vscht.cz
e 220 443 299

→ webové stránky

Ve výzkumné skupině je kromě základního výzkumu a pedagogické činnosti věnována značná pozornost výzkumu průmyslovému. Aktuální problémy průmyslových výrob jsou řešeny jak výpočty a simulací provozních celků, tak experimentální prací. Hlavní objem činností se týká procesů sdílení hmoty mezi plynem (či párou) a kapalinou. V této oblasti má skupina bohaté zkušenosti a rozsáhlé databáze vlastních experimentálních dat. Disponuje aparáty laboratorního i provozního měřítka. Pro základní výzkum má k dispozici aparáty pro studium mechanismů přestupu hmoty (dějů u fázového rozhraní) jako míchaný reaktor s klidnou hladinou, míchaný reaktor s disperzí kapalina-plyn, kolonu se smáčenou stěnou, a další potřebná zařízení, která umožňují stanovit rovnováhy a kinetická data pro spolehlivé návrhy průmyslových kolon i pro systémy s nedefinovanými fyzikálními vlastnostmi. Pro průmyslový výzkum má k dispozici absorpční kolony do průměru 0,4 metru, mechanicky míchané vícefázové reaktory do průměru 0,6 metru, bublanou kolonu s ejektorovým distributorem plynu průměru 0,4 metru a destilační kolonu průměru 0,4 metru.