Chemické inženýrství

Studium v oboru separačních procesů je na ÚCHP v posledních letech soustředěn ve Výzkumné skupině membránových separací. Membránové separace se zde využívají zejména k separaci plynných směsí (čištění surového bioplynu, separace těkavých organických látek ze vzduchu, čištění spalin). K těmto účelům se využívají různé polymerní membrány, membrány na bázi iontových kapalin, polymery s vnitřní mikroporozitou nebo kompozitní membrány.

Pro separace kapalných směsí se využívá pertrakce a pervaporace. Dlouhodobým tématem pak je dělení jednotlivých enantiomerů nebo eliminace léčiv a endokrinních disruptorů z vody pertrakcí. Pervaporace se pak využívá pro separace kapalných složek včetně azeotropických směsí. V rámci výzkumu se modelují transportní vlastnosti membrán jako je permeabilita, aktivační energie permeace a selektivita celého procesu separace. Data se vyhodnocují pomocí modelů založených na aktivitních koeficientech, tak i na stavových rovnicích, případně pomocí modelování molekulární dynamiky.

Zelená dohoda pro Evropu představuje zásadní dokument pro blízkou i vzdálenější budoucnost celého sektoru chemie v rámci Evropské unie (dekarbonizace chemického průmyslu). Dalším faktorem, který rozhodujícím způsobem ovlivňuje chemický průmysl v EU, jsou emisní povolenky. Investičně relativně nenáročným řešením může být společné zpracování klasických fosilních surovin a odpadních a/nebo obnovitelných materiálů ve stávajících chemicko-technologických jednotkách. Studiem v této oblasti se zabývá Výzkumná skupina katalýzy a reakčního inženýrství.

Studium v oboru vícefázových systémů probíhá na ÚCHP ve Výzkumné skupině vícefázových reaktorů. Výzkum vychází z dlouholeté tradice studia transportních a reakčních procesů soustav kapalina-plyn jako jsou probublávané kolony a jiné aerované systémy. Následně byl výzkum rozšířen i na systémy tekutina-tuhá fáze pro studium toku v granulárních médiích a systém kapalina-plyn-tuhá fáze, který popisuje třífázové aparáty, bioreaktory, flotace.
Výzkum vícefázových jevů probíhá na třech úrovních podle přirozené hierarchické struktury fyzikální reality, tedy na úrovni jedné až dvou částic (mikro), na úrovni klastru částic (mezo) a na úrovni celého aparátu (kontinuum – makro). Vedle experimentů jsou při studiu všech systémů využívány i teoretické modely numerické simulace. Experimenty jsou založeny na pokročilých diagnostických metodách jako jsou time-resolved PIV, microPIV, elektrodifúzní diagnostika či vysokorychlostní zobrazování. Teoretické a numerické metody využívají nejnovější software typu ANSYS Fluent, COMSOL, Matlab, apod. Nedílnou součástí výzkumu vícefázových systémů je i charakterizace fází a studium ustálených i dynamických dějů na úrovni fázového rozhraní. K tomu jsou využívány reometrické a tenziometrické metody.

Studium v oblasti mikroreaktorového inženýrství probíhá na ÚCHP ve Výzkumné skupině mikroreaktorů. Hlavním tématem je aplikace průtočných mikroreaktorů pro intenzifikaci a optimalizaci stávajících, a návrh nových chemických technologií. Zkoumané systémy zahrnují vícefázové procesy, které jsou jak nekatalytické, tak homogenně nebo heterogenně katalyzované. Příkladem mohou být v minulosti studované sulfonační a sulfatační reakce pro průmysl povrchově aktivních látek, absorpce plynů v kapalinách, selektivní katalytické oxidace a hydrogenace v plynné fázi, homogenní a heterogenní katalytické hydrogenace v kapalné fázi, radikálové polymerace a další. Procesy jsou studovány z hlediska hydrodynamiky, sdílení tepla a hmoty a chemické kinetiky za účelem návrhu průtočné technologie pro efektivní způsob přípravy konkrétních produktů. Laboratoř disponuje několika typy průtočných mikroreaktorů různého měřítka, důraz je kladen také na on-line analýzu. Součástí výzkumných aktivit je také návrh zařízení, prototypování 3D tiskem a výroba mikroreaktorů pro specifické aplikace.

Výzkumná skupina řasové a mikrobiální biotechnologie se dlouhodobě zabývá studiem využitím mikroorganismů v environmentálních a potravinářských technologiích. 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.