V oblasti membránových procesů byla činnost zaměřena na získání dalších experimentálních i teoretických poznatků tak, aby bylo možné rozšířit aplikační potenciál membránových procesů. V tomto směru bylo použití tlakových membránových procesů směrováno na likvidaci kontaminovaných odpadních vod a úpravu technologických vod, včetně vody pitné. Experimenty byly zaměřeny např. na studium procesů kombinujících fotooxidaci na pevné fázi s membránovou mikro- a ultrafiltrací. Výchozím katalyzátorem byl oxid titaničitý. Byla ověřována účinnost procesů pro odstranění pevných nečistot, koloidních částic, těžkých kovů a organických sloučenin obsažených v separovaných systémech. Hlavní náplní činnosti v oblasti nanofiltrace bylo studium vlivu významných parametrů, jako např. koncentrace těžkého kovu v roztoku, počáteční koncentrace barviva a soli, tlakový rozdíl nad a pod membránou a typ membrány, na základní charakteristiky tohoto tlakového membránového procesu (intenzita toku permeátu a rejekce složek zpracovávaného systému).

Byla ověřena možnost separace vybraných organických látek s využitím reverzní osmózy. Pro experimenty byly použity binární modelové roztoky obsahující etanol, vyšší alkoholy a ethylacetát. Při experimentech byl studován vliv hydrodynamických parametrů na výkon a separační účinnost membránového procesu.

Byly realizovány experimenty ve vsádkové cele s cílem stanovit permeabilitu aniontově-výměnné membrány Fumasep-FAD (Fumatech, Německo) pro kyselinu fosforečnou. V této souvislosti byl modifikován dříve vypracovaný matematický model tak, aby bylo možné z časových závislostí koncentrace kyseliny a objemu roztoku v jednotlivých komorách vsádkové cely kvantifikovat nejen transport kyseliny, ale i transport vody, který je v tomto případě významný.

Pokračoval též experimentální výzkum zaměřený na využití elektrodialýzy s heterogenní bipolární membránou při zpracování odpadního síranu sodného z odpadních vod. Byla provedena sada laboratorních experimentů EBDM vodného roztoku síranu sodného při konstantních teplotách v rozmezí 17 až 45°C s cílem sledovat vliv teploty na parametry procesu. Pro účely vyhodnocení experimentálních dat byl dále sestaven jednoduchý matematický model dynamického chování obou okruhů produktů a metodou regresní analýzy byly stanoveny jeho parametry pro jednotlivé experimenty lišící se koncentracemi produktů. Současně byly vyvíjeny metodiky pro testování jak samotných bipolárních membrán, tak i elektrodialyzačních modulů osazených těmito membránami. Cílem je nalézt uspořádání a podmínky pro jednoduché a reprodukovatelné testy, jejichž výsledky budou použitelné nejen pro porovnávání různých typů membrán, ale i jako výchozí bod pro nalezení optimálních podmínek provozu a rutinní chemicko-inženýrské návrhy provozních zařízení.

Skupina reologie se zabývala měřením reologických vlastností jedno- a dvou-složkových polyuretanových lepidel využívaných v automobilovém průmyslu a jejich komponent s ohledem na vliv teploty (teplotní interval 25 - 150 oC), a mechanických vlastností při jejich vytvrzování ve spolupráci s firmou SYNPO a. s. Měření se týkala zjištění průběhu tokových křivek a možné tixotropie vzorků, viskoelastického chování (creep-recovery testy), oblasti lineární viskoelasticity na základě dynamických experimentů (oscilační testy) a reologického chování v závislosti na namáhání testovaných látek. Byly určovány také body gelace lepidel a teploty skelných přechodů zesítěných lepidel. Pokračovala také spolupráce v oblasti měření reologických vlastností látek používaných ve farmaceutickém průmyslu (masti, apod.) ve spolupráci s Katedrou farmaceutické technologie Farmaceutické fakulty UK v Hradci Králové. Reologická měření byla zaměřena na zjišťování tixotropie, stanovení meze skluzu a časové a tepelné stability při namáhání látek za předpokládaných podmínek použití.

V oblasti ekologických aspektů chemických technologií byl výzkum zaměřen na odstraňování průmyslově významných chlorovaných aromatických sloučenin (léčiv, herbicidů, azobarviv a vedlejších produktů z výroby azopigmentů) z modelových a/nebo reálných technologických a odpadních vod. Pro odstraňování zmiňovaných halogenderivátů z vod bylo provedeno ekonomické srovnání využití iontových kapalin s konvenčními metodami založenými na aplikaci adsorpce nebo koagulace a flokulace, přičemž se postup dle patentu Univerzity Pardubice CZ303942 (B6) jeví jako nejlevnější. Pro destrukci zkoncentrovaných aromatických halogenderivátů byla vyvinuta metoda reduktivní dehalogenace ve vodných roztocích založená na použití běžných redukčních činidel v přítomnosti katalytického množství Raneyova niklu (CZ 305586 (PV 2014-367)). Výsledkem výzkumu jsou nové, ekonomicky nenáročné techniky, které jsou aplikovatelné v průmyslové praxi. Aplikovaný výzkum a experimentální vývoj výše uvedených technik využívajících iontové kapaliny, prováděných ve spolupráci s firmami VUOS, a. s., a Synthesia, a. s., byl finančně podpořen Technologickou agenturou ČR schválením projektu Epsilon „Efektivní odstraňování aromatických halogenderivátů (AOX) z lokálních průmyslových zdrojů“. Při řešení tohoto projektu se vychází ze zkušeností patentovaných Univerzitou Pardubice CZ303942 (B6), přičemž cílem řešení je prodloužení životnosti adsorbentu s využitím vybraných iontových kapalin jako impregnačních činidel nasycené adsorpční náplně. Halogenované sloučeniny kyselé povahy jsou z kontaminovaných vod odstraňovány na iontové kapalině nanesené na náplni adsorpční kolony iontovýměnným mechanismem. Vedle toho byla navázána smluvní spolupráce s firmami Draslovka, a.s. a Toray, a.s., zaměřená na řešení omezování emisí organických halogenderivátů v odpadních vodách s využitím ekonomicky přijatelných nejlepších dostupných technik, jakými jsou srážení, adsorpce nebo koagulace a flokulace.

Dále byly studovány možnosti využití fotokatalytického odbourávání residuí léčiv a barviv z odpadních vod při využití ekonomicky výhodných LED zdrojů UV záření a TiO2 katalyzátoru. Konkrétně byla studována kinetika fotokatalytického odbourávání organického barviva metyloranže.

Rozsáhlý soubor experimentálních dat byl též získán při studiu možností likvidace průsakových vod ze skládek komunálního odpadu. Byla provedena pilotní měření s reálnými nástřiky výluhů získanými ze třech různých skládek komunálního odpadu. Experimenty byly zaměřeny především na možnosti využití nízkotlaké reverzní osmózy a elektrodialýzy.

V oblasti disolucí pevných lékových forem byl výzkum zaměřen na disoluční zkoušky se zpožděným uvolňováním pro pozitivní ovlivnění lidského mikrobiomu na přístroji firmy SOTAX. K práci se používá lékopisná metoda, která simuluje změny pH při trávení. Jako modelová látka byl použit L-Tryptofan. Pro stanovení této látky v disolučním médiu byla vyvinuta metoda vysokoúčinné kapalinové chromatografie, která byla optimalizována z hlediska testování počtu otáček pro míchání média, umístění tablet do nádob s disolučním médiem (pádla, košíky), frekvence odběrů a časového rozsahu sledování. Aplikovaný výzkum a experimentální vývoj výše uvedené problematiky, prováděný ve spolupráci s firmami VÚOS a. s. a K2pharm s.r.o., byl finančně podpořen Technologickou agenturou ČR schválením projektu Epsilon „Suplementy pro pozitivní ovlivnění lidského mikrobiomu“.

Studium nepřímé elektrochemické oxidace a možností jejího využití vyústilo v přijetí patentu CZ305477 (B6) “Wastewater treatment installation, use thereof and method of wastewater treatment”. Pokračovala spolupráce s Ústavem elektroniky a fotoniky FEI STU v Bratislavě za účelem testování a využívání nových elektrodových materiálů – zejména BDD elektrod. Již druhým rokem byla v provozu testovací malá DČOV, pro kterou je připravován elektrochemický dočišťovací modul. Současně s využíváním elektrooxidační metody byla testována i možnost snižování výstupních koncentrací celkového fosforu pomocí obětovaných elektrod. Bylo dosaženo 95 – 99% účinnosti odstranění fosforu v rozmezí počátečních koncentrací 12-25 mg/l, což vysoce překračuje účinnost odbourávání fosforu současných domovních ČOV. V současnosti se řeší optimální skladba obětované anody z hlediska minimalizace odpadního kalu, resp. možnosti jeho využití v zemědělství (omezení Al v sedimentovaném kalu a současné zvýšení obsahu Mg v kombinaci s vysráženým P představuje významný zdroj biogenních prvků). S touto problematikou úzce souvisí testování hořčíkových slitin AZ (dle ASTM norem) s přísadou hliníku a zinku umožňující levné odlévání obětovaných elektrod. Byla navázána spolupráce formou smluvního výzkumu s firmou Glanzstoff Bohemia, s. r. o., v oblasti separace a regenerace zinku v odpadních a provozních vodách pomocí elektrodepozice. Tato spolupráce pokračuje a je zaměřena na zvýšení efektivity pomocí nových katodových materiálů na bázi titanu pokoveného Pt, Au a případně Pd. Cílem je omezit emise Cr a Ni ze současně používaných nerezových katod a zvýšit selektivitu a účinnost elektrodepozice zinku za přítomnosti jiných kovů ve zpracovávaných odpadních a procesních vodách.

Společně s EPS Kunovice a UTB Zlín bylo pokračováno v novém směru činnosti ústavu – biotechnologiích – řešením problematiky pokročilé technologie lithotrofní imobilizace a anaerobní bioremediace pro nápravu a prevenci škod na životním prostředí v rámci projektu TA ČR TA04020258. Výzkum je zaměřen na využití mikroorganismů rodu Thiobacillus ve formě reaktorového systému LITHIM, jehož smyslem je biologicky imobilizovat toxické prvky v odpadních vodách v režimu on site a in situ. Tato nízkonákladová anaerobní biodegradační technologie má za cíl akcelerovat biodegradační procesy v oblasti takzvaných starých ekologických zátěží. V návaznosti na udělený užitný vzor č. 29821 z roku 2016 na ověřovaný systém odstraňování kovů z odpadních vod na biologickém principu byla 25. 7. 2017 podána přihláška vynálezu k slovenskému Úradu priemyselného vlastníctva č. PP50047-2017 „Zariadenie na zachytávanie iónov kovov zo znečistených vôd biologickou imobilizáciou, spôsob čistenia vody biologickou imobilizáciou pomocou tohto zariadenia a jeho použitie“.

Společně s Výzkumným ústavem lesního hospodářství a myslivosti, v. v. i., a firmou TERAMED, s. r. o., byl v rámci 2. veřejné soutěže programu Epsilon (TA ČR) řešen od 1. 1. 2017 projekt s názvem „Vývoj metodicko-technických postupů minimalizace dopadů lesního hospodářství na kvalitu podzemních vod v důsledku nadbytečné migrace reaktivních forem dusíku a fosforu“. Činnost byla zaměřena hlavně na monitoring srážkových, podpovrchových a podzemních vod v prostoru Městských lesů Hradec Králové na lokalitě v k. ú. Běleč nad Orlicí.

V součinnosti s firmou firmou TERAMED, s. r. o. a Výzkumný ústav bramborářský Havlíčkův Brod, s. r. o. byl podán v rámci 3. veřejné soutěže programu Epsilon (TA ČR) projekt s názvem „Biokompozitní složka pro pomalé uvolňování účinných minerálních látek v půdě pro výživu rostlin“. Tento projekt byl přijat a od 1. 1. 2018 bude ve spolupráci výše uvedených pracovišť řešen.

Byly rozvíjeny metodiky přípravy vzorku k analýze spolu se statistickými metodami plánování experimentu a postupy následné prvkové analýzy vzorků ve formě roztoků a suspenzí využívající ICP-OES, ICP-MS a spojení ICP-MS s elektrotermickým vypařováním (ETV). Tyto postupy byly využity při popisu vlastností a chování komplexů gadolinia používaných jako kontrastní látky v lékařské diagnostice. Byly studovány schopnosti zelené řasy Chlorella Keslleri a vybraných biosorbentů (aktivní uhlí, huminové kyseliny, suchá biomasa řasy Chlorella Keslleri, iontová kapalina) akumulovat tyto látky, což přispívá k objasnění jejich osudu v životním prostředí i k nalezení možných mechanismů jejich odstraňování z nemocničních odpadních vod. Byla rozpracována metodika sledování jódu v obvazovém materiálu (ICP-OES) a kontrastních látkách (ICP-MS) pro speciální rentgenová vyšetření. Byla vypracována metoda ETV-ICP-MS stanovení thallia v jehličí a zlata v organismu Enchytraeus albidus z ekotoxikogických testů v suspenzní formě vzorku, jež je významným krokem ke komplexní prvkové ICP-MS analýze mikrovzorků na pracovišti. Byl vyvinut postup přípravy a následné ICP-OES analýzy mikrovzorků živých organismů (Enchytraeus albidus) pro účely hodnocení ekotoxikologických testů. Metody plánování a analýzy experimentu byly využity při optimalizaci přípravy vzorků zvířecích srstí a lidských vlasů k prvkové analýze a při plánování pokusů vedoucích k ověření spolehlivosti a vypovídací schopnosti prvkové analýzy vlasů/srstí v kontextu hodnocení zdravotního stavu a environmentálních či pracovních rizik prostředí.

 

V oblasti aplikací LIBS byla vyvinuta v praxi využitelná metodika pro stanovení Cr na povrchu tenké Zn antikorozní vrstvy pokrývající ocelové plechy a dále metoda pro stanovení Cd ve vzorcích kyselého a zásaditého modelového potu, která byla využita v rámci procesu hodnocení zdravotních rizik levných šperků.

Skupina ekotoxikologie nanomateriálů se zabývala úpravou metodik testů nanočástic na roupici (Enchytraeus crypticus) prováděných v agarovém médiu tak, aby byla zvýšena environmentální relevance těchto testů a zároveň byly zachovány výhody, které agarové médium poskytuje. Zejména byl studován vliv přídavku látek simulujících složení půdní matrice (kaolín, huminové kyseliny) na výsledek experimentů. Dále byly zaváděny metodiky umožňující studium biomarkerů oxidativního stresu.

Na Pt nebo Ti-Pt elektrodě probíhal vyhledávací výzkum podmínek (při proudových hustotách v rozmezí 1 až 50 mA/cm2, počátečním pH  6 a konduktivitě 2,75 mS/m, apod.) za sledování změn konduktivity, pH a separační účinnosti Zn jeho katodického vylučování z modelových roztoků ZnSO4 (o počáteční koncentraci cca 100 mg/L), s výtěžností dosahující jednotlivě až 95 %. Na základě experimentů bylo též možno rozšířit seznam nadějných disponibilních materiálů pro anodickou oxidaci vod o borem dopovanou diamantovou elektrodu a Ti elektrodu.

Pozitivní výsledek vykázalo – v souvislosti se studiem nanofiltrace Zn (resp. ZnSO4) z vodných roztoků pomocí membrány AFC 40 (vstup 25 až 150 mg/L, přetlak na membráně 5 až 30 barů, pH 3 až 6,5) – též informativní testování detekce výrazných koncentračních změn ZnSO4 (při c  2 mg/L) pomocí potenciometrie se zinkovou amalgamovou elektrodou. Prezentovány byly rovněž předběžné výsledky potenciometrie s využitím speciálního laboratorního mezifázového modulu (omezujícího nežádoucí polarizovatelnost elektrod) pro diagnostiku změn kvality vzorků modelových technologických vod.

Výzkum byl rovněž zaměřen na vývoj nových voltametrických metod stanovení vybraných bioaktivních látek významných z hlediska lidského zdraví a životního prostředí s využitím perspektivních elektrodových materiálů. Kromě elektrod z netoxického stříbrného amalgámu (AgSAE) byl testován i bórem dopovaný diamant (BDD) a bismutové filmové elektrody (BiFE). Byly realizovány studie týkající se voltametrického chování leukovorinu, mesalazinu a linuronu a vyvinuty metody stanovení těchto látek. V souvislosti s BDDE byla pozornost zaměřena zejména na charakterizaci elektrodového materiálu v závislosti na různém obsahu boru v diamantovém filmu. S využitím cyklické voltametrie vybraných reverzibilních redoxních systémů byly studovány elektrochemické vlastnosti těchto elektrod. Dále byly BDDE s různým obsahem boru testovány při analytické aplikaci, konkrétně byla dokončena měření s herbicidem linuronem a léčivem dantrolenem, nově byly tyto elektrody aplikovány při stanovení léčiv mesalazinu a leukovorinu. V oblasti vývoje voltametrických metod pro stanovení rostlinných stimulátorů byla vypracována metoda simultánního stanovení směsí kyselin 3-indolyloctové (IAA) a 3-indolylmáselné (IBA). Vzhledem k podobnosti struktury těchto látek k jejich rozlišení bylo nutno navrhnout matematickou úpravu naměřených křivek. Metoda byla úspěšně aplikována na praktické vzorky rostlinných stimulátorů.

V oblasti využití dálkového průzkumu Země (DPZ) v monitoringu povrchových vod pokračovaly odběry vzorků se zaměřením na korelaci parametrů kvality vod s daty z družic Landsat 8 a Sentinel-2. Pokračuje zpracování naměřených dat i vzorkování s cílem zahrnutí většího množství dat do vytvářených modelů, zejména u dat z družice Sentinel-2, a další optimalizaci postupů. Dále probíhalo testování vyvinutého skriptu pro atmosférickou korekci družicových snímků, zejména jeho možného využití pro zkvalitnění korekce problémových oblastí již korigovaných snímků z obou družic.