Výzkumná skupina katalýzy a reakčního inženýrství

• katalyzátory na bázi polymerních nanovlákenných nosičů připravených technikou elektrostatického zvlákňování pro reakce v plynné i kapalné fázi (eliminace polutantů, syntéza chemických specialit)
• nosičové katalyzátory pro hydrogenační rafinaci paliv, Guerbetovu reakci a katalytický rozklad sulfanu

Typický mikrosnímek nanovlákenného katalyzátorového nosiče

• katalyzátory pro úplnou oxidaci těkavých organických látek
• pokročilé fyzikálně-chemické metody pro odstraňování polutantů z vod
• sorbenty s hierarchizovanou strukturou pro odstraňování kontaminantů
• fotokatalyzátory pro odstraňování polutantů z vod

Aktivita katalyzátorů připravených magnetronovým naprašováním a elektrochemickou depozicí v oxidaci etanolu

• pokročilá texturní analýza porézních látek za využití nejmodernější výpočetních přístupů založených na teorii funkcionálu hustoty (DFT, NLDFT, QSDFT)
• určování efektivních transportních vlastností pórovitých látek v plynné i kapalné fázi
• měření vysokotlakých adsorpčních izoterem na materiálech vhodných pro skladování plynů (H₂, CO₂, CH₄)

Distribuce velikosti pórů z měření fyzikální adsorpce argonu za teploty 87 K

Oxidy přechodných kovů jsou vhodné pro redukci škodlivých těkavých organických sloučenin ve vzduchu pomocí totální katalytické oxidace. Byl zkoumán vliv přídavku Mn do oxidů Ni-Cu s cílem určit optimální složení kationtů pro dosažení vysoké katalytické účinnosti. 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. Byla zjištěna lineární korelace mezi povrchovou koncentrací kyslíkových vakancí a specifickými reakčními rychlostmi v oxidaci ethanolu a toluenu.

• Jirátová K., Babii T., Balabánová J., Koštejn M., Maixner J., Topka P., Kovanda F.: Effect of manganese addition to Ni-Cu oxides on properties and activity in the oxidation of volatile organic compounds. Catal. Today 429(1 Mar), 114463, 2024. DOI

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, při níž mohou vznikat také dioxiny a furany, což následně omezuje používání termochemicky upravených biocharů. 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. Koncentrace dioxinů a furanů byly většinou nižší než 20 ng celkového toxického ekvivalentu na kilogram (TEQ kg^-1), přičemž nejvyšší hodnota 113 ng TEQ kg^-1 byla zjištěna ve více než 100 vzorcích různých typů biocharů.

• Sobol L., Dyjakon A., Soukup K.: Dioxins and furans in biochars, hydrochars and torreficates produced by thermochemical conversion of biomass: a review. Environ. Chem. Lett. 21, 2225-2249, 2023. DOI

V poslední době je žádaná současná hydrogenační úprava různých ropných frakcí a rostlinných surovin. Nikl-molybdenové katalyzátory mohou být v těchto procesech aktivní. Proto byly připraveny NiMo oxidové katalyzátory impregnací hlinitého nosiče Andersonovou molybdenovou solí a uhličitanem lithným. Připravené katalyzátory byly testovány při hydrodesulfuraci (HDS) thiofenu a paralelní hydrodeoxygenaci (HDO) 1-benzothiofenu a kyseliny oktanové. Experimentální údaje ukázaly pozitivní vliv lithia na paralelní reakce HDS/HDO a negativní vliv na HDS thiofenu. Byl prokázán významný vliv lithia na kyselost a redukovatelnost katalyzátoru NiMo/Al₂O₃ a také příspěvek heteropolysloučeniny Andersonova typu.

• Kaluža L., Jirátová K., Spojakina A.A., Balabánová J., Gulková D., Koštejn M., Palcheva R., Tyuliev G., Fajgar R.: The Effect of Lithium on NiMo/Al₂O₃ Hydrotreating Catalysts Prepared from Heteropolycompounds. Catal. Lett. 154, 430-447, 2024. DOI

• Díky vysoké porozitě (< 80%) a přítomnosti makropórů v nanovlákenném nosiči nízká tlaková ztráta na katalytickém loži
• Vysoká dostupnost katalyticky aktivních složek (zanedbatelný vliv vnitřní difuze)

• Nosičové (Al₂O₃, TiO₂ či ZrO₂) sulfidické katalyzátory na bázi Co, Mo, Ni pro hydrogenační rafinaci paliv
• Nové katalyzátory s optimalizovanou mikrostrukturou pro hydrogenační rafinace zkapalnitelných odpadů pocházejících z plastů a těžkých ropných frakcí

Vliv hydrotermální syntézy na hydrodesulfurizační aktivitu sulfidických nikl-molybdeno-wolframových katalyzátorů

• Vysokopovrchové katalyzátory na bázi MgO, Ni/MgO a Co/MgO
• Katalyzátory s optimalizovanou mikrostrukturou pro Guerbetovu kondenzaci primárních alkoholů (bioethanolu a biobutanolu) za vzniku směsi kapalných paliv (alkanů, alkenů) a vyšších alkoholů s důrazem na vysokou selektivitu

• Nosičové katalyzátory na bázi MoS₂ pro přímý rozklad sulfanu na vodík a elementární síru bez vzniku CO₂
• Využití odpadních rafinérských plynů obsahujících H₂S (náhrada Clausova procesu)

Porovnání hydrodesulfurizační aktivity katalyzátorů připravených konvenční impregnací a nově vyvinutou metodou dispergace pomocí vody

• Strukturované katalyzátory na bázi oxidů přech. kovů nanesené na nerezových sítech pomocí plazmatických metod
• Nízká tlaková ztráta na katalytickém loži, vysoká aktivita ve srovnání s komerčními katalyzátory

Morfologie aktivní fáze různých druhů katalyzátorů

• Uhlíkaté sorbenty a fotokatalyzátory pro odstraňování kontaminantů z vod (farmaka, pesticidy či enokrinní disruptory)
• Sorpční kapacita sorbentů připravených z obnovitelných zdrojů (biomasa) srovnatelná s komerčními sorbenty

Porovnání konverze ve fotomikroreaktoru a vsádkovém reaktoru při fotodegradaci polutantů

• Charakterizace texturních a efektivních transportních vlastností porézních látek s využitím nejnovějších přístupů založených na teorii funkcionálu hustoty
• Měření a modelování vysokotlakých izoterem H₂ a CO₂

Modelování difúze methanolu a propylenu v krystalu zeolitu