Oddělení chemického inženýrství

Membránovými separačními procesy se zabývá Výzkumna skupina membránových separací. Dlouhodobě řeší problematiku separací plynných směsí např. čištění bioplynu nebo průmyslových odpadních plynů, zejména pak odstraňování CO₂ a SO₂. Výzkum se zaměřuje na polymerní membrány s funkčními modifikacemi (s využitím iontových kapalin, hierarchicky porézních částic, polymerů s vnitřní mikroporozitou, aj.) či intenzifikaci separačních procesů u kompozitních membrán a membránových modulů. Současně zkoumá separace těkavých organických látek (VOC) ze vzduchu a zaměřuje se na prediktivní fyzikálně-chemické modelování transportních vlastností těchto látek v membránách.

Výzkumným cílem je rovněž připravit membrány pro speciální separace kapalných směsí např. dělení jednotlivých enantiomerů či eliminaci léčiv a endokrinních disruptorů.  Spolupracuje s dalšími výzkumnými partnery pro vývoj funkčních selektorů (UK, VŠCHT, UJEP, VŠB, TUL aj.). Pro testování nových materiálů využívá různé separační metody – např. perstrakci či pervaporaci. Pro hlubší pochopení separační efektivity zkoumaných látek pro různé selektory a prostředí pak uplatňuje modelování pomocí molekulární dynamiky.

Studiem v této oblasti se zabývá Výzkumná skupina katalýzy a reakčního inženýrství. Provádí výzkum v oblasti inženýrství heterogenní katalýzy prostřednictvím vývoje katalyzátorů, návrhu katalytických reaktorů, vyhodnocení fenomenologické kinetiky a komplexní charakterizace mikrostruktury katalyzátorů. 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 zabývá 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). 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. V neposlední řadě Laboratoř texturního střediska se zabývá studiem mikrostrukturních vlastností (texturní analýza a stanovení efektivních transportních vlastností) porézních látek především s komplikovanou (hierarchizovanou) porozitou.

Studium v oboru biorafinací se na ÚCHP odehrává ve Výzkumné skupině katalýzy a reakčního inženýrství. Biorafinace a biotechnologie obecně přinášejí v současnosti nové žádané produkty. Skupina byla vůdčím subjektem Centra kompetence BIORAF, Národního centra kompetence BIOCIRTECH a nyní vede NCK2 s názvem Biorafinace a cirkulární ekonomika pro udržitelnost. V těchto projektech je s akademickými i průmyslovými partnery řešena  problematika přípravy nových produktů jako je např. kloubní preparát z chrupavek drůbeže, izolace esenciálních nenasycených mastných kyselin z mikrořas, nebo kosmetické a protizánětlivé dermatologické prostředky z rostlin. V současné době je ve spolupráci s lékařskou komunitou řešena problematika adheze živočišných buněk na různé biopolymerní sítě a membrány vyráběné originální metodou elektrospinningu.

Studium v oboru vícefázových systémů probíhá na ÚCHP ve Výzkumné skupině vícefázových reaktorů. Dlouhodobě se zabývá systematickým studiem transportních jevů ve vícefázových soustavách. Výzkum je soustředěn na pochopení základních mechanizmů a interakcí v těchto systémech s cílem upřesnit stávající teoretické modely a vyvinout nové. K tomuto účelu jsou využívány experimenty založené na pokročilých diagnostických metodách, numerické simulace a různé teoretické přístupy.

Vize a cíle výzkumné skupiny:

• Základní studium transportních jevů ve vícefázových systémech na různé časoprostorové úrovni (bublinový, granulární a suspenzní tok)
• Popis a pochopení souvislostí mezi interakcemi jednotlivých objektů (bublin/kapek/částic) a makroskopickým chováním vícefázových systémů (víceškálový přístup)
• Studium vlastností mezifázového rozhraní a jejich promítnutí do chování jednotlivých částic a zároveň makroskopického chování vícefázových systémů (vliv přítomnosti různých látek, iontů, surfaktantů, nanočástic)

Studium molekulárního modelování na ÚCHP probíhá ve Výzkumné skupině molekulárního a mesoskopického modelování jako nástroj k reálným experimentům a uplatňuje se v chemickém i materiálovém inženýrství. Počítačové modelování ozřejmuje vztah mezi mikrostrukturou systémů a jejich makroskopickým chováním. Ve výzkumné skupině se studují komplexní fluidní systémy v objemové fázi a nanoprostoru při rovnovážných a nerovnovážných podmínkách. Používá se široký arzenál simulačních a teoretických metod zahrnující molekulární a mesoskopické modelování a metody založené na funkcionálu hustoty.

Původní výzkum je zaměřen na tři oblasti. První oblastí je teoretický popis povrchových fázových přechodů a chování modelových tekutin v nanoskopicky omezeném prostředí. Druhou oblast je molekulární modelování chování tekutin v nanoprostoru – tekutiny v mikro a mesopórech nebo na rozhraní hydrofilních či hydrofobních povrchů. Třetí oblastí jsou mesoskopické simulace dynamické odezvy v energetických materiálech.

Využitím mikroorganismů v environmentálních a potravinářských technologiích se dlouhodobě zabývá Výzkumná skupina řasové a mikrobiální biotechnologie. Jedná se především o fotosyntetizující mikroorganismy zahrnující jak eukaryotní mikroskopické řasy tak prokaryotní cyanobakterie, ale také o heterotrofní bakterie nebo kvasinky. Mezi důležité aktivity výzkumné skupiny patří především optimalizace a scale-up kultivačních procesů vybraných mikroorganismů, včetně vývoje fotobioreaktorů a down-stream procesů.

Studium v oblasti mikroreaktorového inženýrství probíhá na ÚCHP ve Výzkumné skupině mikroreaktorů, která se zabývá využitím mikroreaktorů jako nástrojů intenzifikace procesů ke zvýšení účinnosti, bezpečnosti a snížení environmentální zátěže chemických procesů. Zaměřuje se na navrhování, prototypování a experimentální ověřování mikroreaktorů pro konkrétní aplikace. Výzkumný přístup je založen na hlubokém poznání reakčních a transportních jevů vedoucí k identifikaci kroků omezujících rychlost a návrhu řešení na míru pro relevantní případové studie z průmyslu.