Metody výzkumu katalyzátorů a kinetiky katalytických reakcí

Tradičně provádíme výzkum v oblasti inženýrství heterogenní katalýzy prostřednictvím vývoje katalyzátorů, návrhu katalytických reaktorů, vyhodnocení fenomenologické kinetiky a komplexní charakterizace mikrostruktury katalyzátorů.

Výzkumná skupina se zabývá výzkumem a charakterizací katalyzátorů pro heterogenní reakce v plynné fázi s aplikací při čištění odpadních plynů ze stacionárních zdrojů v průmyslovém i laboratorním měřítku a výzkumem rovnováhy a kinetiky adsorpčních a desorpčních procesů.

Laboratoř výzkumné skupiny Heterogenní katalýza je vybavena pro výzkum procesů čištění odpadních plynů katalytickými a adsorpčními postupy, disponuje vybavením pro odběr plynných vzorků - systém pasivního dávkování plynného vzorku, včetně automatického systému pro čištění odběrových vzorkovnic a poskytuje analytický servis pro analýzy plynných směsí.

Definice a klasifikace katalytických reakcí

Definice katalytické reakce - klasická (snížení akt. Základní pochody při katalytických reakcích (fyzikální a chemické kroky); obecný mechanismus; 7 kroků heterogenně katalyzované reakce.

Definice+příklady homogenní, heterogenní, enzymatická, fotokatalýza, elekrokatalýza.

Termodynamický aspekt katalýzy - katalyzátor neovlivní rovnováhu a proč.

Příprava a strukturování katalyzátorů

Příprava heterogenních katalýz- přehled základních metod.

Zvláštní důraz je kladen na vývoj nových katalyzátorů a katalytických nosičů zaměřený na průmyslové aplikace pro společensky odpovědnou produkci chemických látek (např. Guerbetova reakce bioethanolu a biobutanolu nebo přímý katalytický rozklad sulfanu jako hlavní složky odpadního rafinérského plynu).

Rovněž se zabýváme přípravou a komplexním studiem polymerních nanovlákenných katalyzátorů připravených technikou elektrostatického zvlákňování a jejich využitím především pro reakce v plynné fázi (např. v ochraně ovzduší prostřednictvím úplné katalytické oxidace těkavých organických látek).

Strukturované katalyzátory na bázi oxidů přechodných kovů jsou vhodné pro redukci škodlivých těkavých organických sloučenin ve vzduchu pomocí totální katalytické oxidace.

Nová technologie pro katalytické snížení plynných organických llátek (OGC) a oxidu uhelnatého (CO) ve spalinách určená pro spalovcaí stacionární zdroje využívající katalazátor na bázi oxidů La, Sr a Mn nanesených na strukturovaném kordieritovém nosiči.

Technologie redukce oxidů dusíku amoniakem za přítomnosti aditiva s obsahem oxidů železa.

Strojně - technologické zařízení pro snižování obsahu emisí oxidů dusíku metodou katalytické redukce se souběžnou podporou aditiva s obsahem oxidů železa.

Charakterizace povrchových a objemových vlastností

Charakterizace heterogenních katalýz- metody stanovení účinného povrchu, velikost pórů a rozdělení velikostí pórů- adsorpce dusíku, rtuťová porozimetrie.

Studium objemových vlastností katalyzátorů- spektroskopické a difrakční metody - XRD, IR, Raman, UV-Vis- metody termální analýzy - TG, DTA, DSC, TPR, TPO.

Studium povrchových vlastností katalyzátorů- počáteční stav adsorpce- absorpční kalorimetrie- IČ spektroskopie povrchových komplexů- acidobazické a redoxní vlastnosti- metody - TPD, TPSR, XPS, AES, FTIR.

Adsorpce plynů a popis izoterm

Adsorpce plynů a par- fyzisorpce, chemisorpce; adsorpční izoterma, izobara, izostera- rovnice chemisorpčních izoterm - Langmuirova, Freundlichova, Temkinova- rovnice fyzisorpční izotermy - BET- experimentální studium adsorpce a termodynamika adsorpce.

Výzkum rovnováhy a kinetiky adsorpčních a desorpčních procesů je součástí aplikovaného výzkumu při čištění odpadních plynů.

Transportní jevy a kinetika heterogenní katalýzy

Transportní jevy v heterogenní katalýze- externí přenos hmoty a tepla- interní přenos hmoty a tepla.

Kinetika heterogenní katalýzy- teorie laboratorních reaktorů- metody sběru a zpracování experimentálních kinetických dat- Langmuirův-Hinselwoodův mechanismus- Marsův-van Krevelenův mechanismus.

Rychlost určující krok, kinetické vs. Langmuir-Hinshelwood - Ukázky, odvození jednoduchých kinetických rovnic pro základní typy těchto reakcí.

Metody experimentálního testování a aplikace

Suroviny pro syntézu - rozdíl: laboratoř vs. Výzkumný vs. Testy práce v kinetické vs.

Obecný přístup, TON a lifetime v enzymatické katalýze.

Přeměna surové biomasy na hodnotné produkty chrání životní prostředí, zlepšuje ekonomiku a pomáhá řešit změnu klimatu tím, že snižuje poptávku po zdrojích a produkci odpadu.

Termochemické zpracování je běžnou metodou výroby biocharu, hydrocharu a torefikátů z biomasy a organických odpadů a v této práci podáváme přehled o přítomnosti dioxinů a furanů v materiálech vyrobených hydrotermální karbonizací, torefakcí a pyrolýzou pod vlivem teploty, doby zdržení, rychlosti ohřevu, tlaku a typu vstupní suroviny.

Příklady studií o vlivu složení a přísad

Vliv přídavku manganu do oxidů Ni-Cu na jejich vlastnosti a aktivitu při oxidaci těkavých organických látek.

Přídavek Mn k oxidům Ni-Cu vedl ke vzniku směsných oxidů Ni-Cu-Mn se spinelovou strukturou a směsných oxidů Ni-Mn.

Se zvyšující se koncentrací Mn se zvyšovala koncentrace kyslíku vázaného na kov, zatímco koncentrace kyslíkových vakancí mírně klesala.

Vliv lithia na NiMo/Al2O3 katalyzátory pro hydrogenaci připravené z heteropolysloučenin: Experimentální údaje ukázaly pozitivní vliv lithia na paralelní reakce HDS/HDO a negativní vliv na HDS thiofenu.

Environmentální a průmyslové aplikace

Odstraňování široké škály kontaminantů (např. farmak ovlivňujících lidský hormonální systém) z vod pomocí vhodně zvolených sorbentů a/nebo fotokatalyticky, patří rovněž mezi klíčová výzkumná témata, která se v rámci výzkumné skupiny řadu let úspěšně rozvíjejí.

Vědecké týmy a spoluautoři publikací na uvedená témata zahrnují prof. Ing. Lucie Obalová, Ph.D, doc. Ing. Kateřina Pacultová, Ph.D., Ing. Kateřina Karásková, Ph.D., Ing. Tereza Bílková, Ph.D. a další členy výzkumné skupiny.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Výuka předmětu je realizována formou: individuální konzultace.

tags: #metody #vyzkumu #katalyzatoru #a #kinetiky #katalytickych