Vědecko-výzkumná činnost
Vědecko-výzkumná činnost ústavu je v současné době zaměřena především na:
Membránové separační procesy
Komplexní studium tlakových membránových procesů (mikrofiltrace, ultrafiltrace, nanofiltrace a reverzní osmóza), elektrodialýzy a elektrodialýzy s bipolární membránou, výzkum v oblasti kombinovaných a integrovaných membránových procesů zaměřený na zavádění membránových separací do nových výrobních technologií, do stávajících technologií jako náhrada za energeticky náročné a ekologicky nevhodné procesy či do procesu zpracování odpadních vod s možností návratu cenných složek zpět do výrobního procesu.
Ekologické aspekty chemických technologií
Možnosti úprav v současnosti používaných chemických technologií s cílem minimalizovat produkci odpadů a čistit vznikající odpadní vody znečištěné biologicky obtížně odbouratelnými anorganickými i organickými kontaminanty s použitím tzv. nejlepších dostupných technik (BAT).
Nové progresivní metody ochrany životního prostředí
Kombinované systémy čištění odpadních vod se zaměřením na membránové separace, fotooxidaci a elektrooxidaci, iontovou výměnu, reduktivní dehalogenaci, biotechnologické procesy apod.
Hydromechanické procesy
Měření reologických vlastností různých typů kapalin s cílem zjistit průběh tokových křivek, popis viskoelastického chování a oblasti lineární viskoelasticity na základě dynamických experimentů a reologického chování v závislosti na namáhání testovaných látek.
Environmentální analýza a monitoring
Vývoj nových terénních biotestů a laboratorních postupů s využitím moderních analytických metod pro řešení obecných problémů spojených s produkty či technologiemi, hodnocení osudu látek a jejich pohybu ve složkách prostředí, vstup do potravních řetězců, hodnocení dopadů látek na zdraví člověka a životní prostředí (ekotoxikologické testy).
Vývoj, charakterizace a testování nových elektrodových materiálů a jejich modifikaci
Inovativní uspořádání elektrochemických senzorů s důrazem na miniaturizaci, přenosnost a využití v point-of-care a smart systémech, sítotiskové senzory (SPE), průtokové uspořádání s elektrochemickou detekcí, pro které jsou vyvíjeny 3D tištěné průtokové cely pro SPE.
Studium voltametrického chování biologicky aktivních látek, návrh mechanismů elektro-chemických reakcí pomocí HPLC/MS analýzy elektrolytických produktů
Vývoj voltametrických a amperometrických metod pro stanovení bioaktivních látek v biologických a environmentálních vzorcích.
Vývoj extrakčních technik pro izolaci a zkoncentrování analytů z komplexních matric
Mikroextrakční metody vhodné pro on-site analýzy a integraci do přenosných senzorových platforem, tj. i posouzení efektivity následných dekontaminačních procesů.
Vědecké týmy
Vedoucí týmu: prof. Ing. Petr Mikulášek, CSc.
Členové týmu: Ing. Jiří Cuhorka, Ph.D.
Studenti doktorského studijního programu:
MSc. Obinna Anike
MSc. Nkechi Ezeogu
Zaměření:
Komplexní studium (od roku 1983) tlakových membránových procesů (MF, UF, NF a RO) a relativně nově elektrodialýzy a elektrodialýzy s bipolární membránou.
1. Tlakové membránové procesy:
– studium a vývoj nových metod pro charakterizaci filtračních přepážek a MF (UF) membrán (distribuce velikosti pórů, integrity test, průtokové charakteristiky tekutin),
– stanovení a studium procesních charakteristik MF a UF, intenzifikační metody (např. vliv rotace membrány, fluidní vrstvy, statických vestaveb, dvoufázového toku kapalina-plyn a zpětného promývání membrány na retenci membrány a intenzitu toku permeátu),
– stanovení a studium základních procesních charakteristik NF a RO, diafiltrace, příprava velmi čisté vody, začlenění těchto procesů do složitějších technologických celků (např. využití NF při odstraňování těžkých kovů a na separaci mikropolutantů z odpadních vod), matematické modelování NF,
– výzkum v oblasti kombinovaných a integrovaných membránových procesů zaměřený na zavádění membránových separací do nových výrobních technologií, do stávajících technologií jako náhrada za energeticky náročné a ekologicky nevhodné procesy či do procesu zpracování odpadních vod s možností návratu cenných složek zpět do výrobního procesu.
2. Elektrodialýza a elektrodialýza s bipolární membránou
– měření transportních charakteristik elektrolytů a jejich směsí v iontově-výměnných membránách za průchodu elektrického proudu,
– studium transportu hmoty v systémech iontově-výměnná membrána/elektrolyt (nebo směs elektrolytů) za průchodu elektrického proudu.
Výzkumné projekty:
Projekt TA ČR č. TH01031077 „Výroba NaOH a H2SO4 z odpadního Na2SO4 pomocí elektrodialýzy s bipolární membránou“, 2015–2017.
Projekt MPO ČR reg. č. CZ.01.1.02/0.0/0.0/15_037/0007060 „Membránové procesy“ (MEMPRO), 2016–2019.
Projekt MPO ČR č. FV40062 „Zpracování průmyslových odpadních vod do nulového odtoku kapaliny (ZLD) pomocí elektrodialýzy“, 2019–2021.
Projekt MPO ČR reg. č. CZ.01.1.02/0.0/0.0/17_105/0018786 „Membrány pro život“ (MEM4LIFE), 2019–2022.
Projekt MPO ČR reg. č. CZ.01.01.01/07/23_010/0001224 „Membrány v digitální a zelené transformaci průmyslu“ (MEMGREENTRANS), 2023–2026.
Spolupráce:
- ASIO, spol. s r.o., Brno
- Česká membránová platforma, z.s.
- MEGA, a.s., Stráž pod Ralskem
- MemBrain, a.s., Stráž pod Ralskem
- VÚOS, a.s., Pardubice-Rybitví
Vybrané publikace:
MIKULÁŠEK, P. a kol. Tlakové membránové procesy, VŠCHT Praha, 2013, 260 s.
GHERASIM, C.-V., MIKULÁŠEK, P. Influence of operating variables on the removal of heavy metal ions from aqueous solutions by nanofiltration. Desalination. 2014, 343, 67–74.
MIKULÁŠEK, P., CUHORKA, J. Chapter 12. Application of nanofibrous membranes and their suitability for membrane bioreactor processes in wastewater treatment, Fibrous Filter Media (The Textile Institute Book Series), Edited by Philip J. Brown and Christopher L. Cox, Elsevier Ltd., Kidlington, UK, 2017, 275–290. ISBN 978-0-08-100573-6.
MIKULÁŠEK, P., CUHORKA, J., DOLEČEK, P. Chapter 2. Nanofiltration Used for Desalination in the Liquid Dye Production. Nanofiltration: Applications, Advancements and Research, Edited by Donald E. Hamilton, Nova Science Publishers, Inc., New York, USA, 2017, 21–49. ISBN 978-1-53611-952-7.
CUHORKA, J., WALLACE, E., MIKULÁŠEK, P. Removal of micropollutants from water by commercially available nanofiltration membranes. Science of the Total Environment. 2020, 720, 137474.
Aplikační výsledky:
MIKULÁŠEK, P., DOLEČEK, P., ŠIŠKA, B. Systém pro hodnocení vlastností keramických membrán (TERRONIC Hradec Králové), 1991.
KOTINGOVÁ, L., NÝVLTOVÁ, Z., RÖSSLEROVÁ, Z., BÍŠKOVÁ, L., VOLFOVÁ, J., FIBÍR, A., KOŘÍNKOVÁ, J., MORAVCOVÁ, L., PLODÍKOVÁ, P. Příprava certifikované metodiky testování transdermální absorpce chemických látek in vitro. Chemické listy. 2022, 116(12), 751–758.
Další aktivity:
Pořadatelství národní konference „Membránové procesy pro udržitelný rozvoj – MEMPUR“ ve spolupráci s CZEMP, z.s. v roce 2017, 2019, 2021, 2023 a rovněž v roce 2025.
Vedoucí týmu: doc. Ing. Renáta Šelešovská, Ph.D.
Členové týmu: prof. Ing. Jaromíra Chýlková, CSc.
Mgr. Gabriela Vagenknecht, Ph.D.
Studenti doktorských studijních programů:
Oleksandra Labzova
Ing. Jakub Vobořil
Zaměření:
1. Vývoj, charakterizace a testování nových elektrodových materiálů a jejich modifikace, zejm. kovovými nanočásticemi. Inovativní uspořádání elektrochemických senzorů s důrazem na miniaturizaci, přenosnost a využití v point-of-care a smart systémech. Sítotiskové senzory (SPE) s různými pracovními elektrodami. Průtokové uspořádání s elektrochemickou detekcí, 3D tištěné průtokové cely pro SPE.
2. Studiu voltametrického chování biologicky aktivních látek, jako jsou pesticidy a léčiva, a návrhy mechanismů elektrochemických reakcí pomocí HPLC/MS analýzy elektrolytických produktů. Vývoj voltametrických a amperometrických metod pro stanovení těchto látek v biologických a environmentálních vzorcích. Vývoj extrakčních technik pro izolaci a zkoncentrování analytů z komplexních matric s důrazem na mikroextrakční metody vhodné on-site analýzy a integraci do přenosných senzorových platforem.
3. Technologie a procesy elektrochemické degradace a separace polutantů založené na elektrooxidačních a elektroseparačních procesech, využitelné pro odbourávání biologicky rezistentních organických sloučenin či separaci iontů např. formou elektrodepozice, elektroflotace či elektro-Fentonovy oxidace. Vývoj technologických sekvencí pro čištění a recyklaci průmyslových odpadních vod.
Výzkumné projekty:
Projekt GAČR č. 20-01589S „Nové strategie pro zlepšení senzorových vlastností nových elektrodových materiálů prostřednictvím jejich předúpravy či modifikace povrchu“, 2020–2023.
Projekt GAČR č. 17-03868S „Nové metody elektrochemického sledování biologicky aktivních organických látek v environmentálních, biologických a potravinových matricích“, 2017–2019.
Projekt TAČR č. TA01020730 „Separace uhlovodíků z vod a sledování jejich kvality“, 2011–2013.
Projekt MŽP č. SP/4i2/60/07 „Indikátory pro hodnocení a modelování interakcí mezi životním prostředím, ekonomikou a sociálními souvislostmi“, 2007–2011.
Spolupráce:
- ASIO, spol. s r.o., Brno
- ELEKTROLAB, s.r.o., Rosovice
- Katedra analytické chemie, Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy v Praze
- Ústav elektroniky a fotoniky, Fakulta elektroniky a informatiky, Slovenská technická univerzita v Bratislavě
- Ústav fyzikální chemie Jaroslava Heyrovského AV ČR, Praha
Vybrané publikace:
ŠELEŠOVSKÁ, R., NAVRÁTIL, T., HRDLIČKA, V., MICHNIAK, P., HATALA, M., VOJS, M., MARTON, M., MATVIEIEV, O., JANÍKOVÁ L., CHÝLKOVÁ, J. Novel screen-printed sensors with chemically deposited boron-doped diamond and their use for voltammetric determination of attention deficit hyperactivity disorder medication atomoxetine. Electrochimica Acta. 2022, 403, 139642.
MATVIEIEV, O., ŠELEŠOVSKÁ, R., VOJS, M., MARTON, M., MICHNIAK, P., HRDLIČKA, V., HATALA, M., JANÍKOVÁ, L., CHÝLKOVÁ, J., SKOPALOVÁ, J., CANKAŘ, P., NAVRÁTIL, T. Novel screen-printed sensor with chemically deposited boron-doped diamond electrode: preparation, characterization, and application. Biosensors. 2022, 12, 241.
KUCHTOVÁ, G., CHÝLKOVÁ, J., VÁŇA, J., VOJS, M., DUŠEK, L.: Electro-oxidative decolorization and treatment of model wastewater containing Acid Blue 80 on boron doped diamond and platinum anodes. Journal of Electroanalytical Chemistry. 2020, 859, 114036.
ŠELEŠOVSKÁ, R., KRÄNKOVÁ, B., ŠTĚPÁNKOVÁ, M., MARTINKOVÁ, P., JANÍKOVÁ, L., CHÝLKOVÁ, J., VOJS, M. Influence of boron content on electrochemical properties of boron-doped diamond electrodes and their utilization for leucovorin determination. Journal of Electroanalytical Chemistry. 2018, 821, 2–9.
ŠELEŠOVSKÁ-FADRNÁ, R., FOJTA, M., NAVRÁTIL, T., CHÝLKOVÁ, J. Brdicka-type processes of cysteine and cysteine-containing peptides on silver amalgam electrodes. Analytica Chimica Acta. 2007, 582, 344–352.
Aplikační výsledky:
DUŠEK, L., HORŇÁKOVÁ, B., BALCAR, L. Wastewater treatment plant, use thereof and wastewater treatment method (patent č. CZ2014 (A3)), 2015.
DUŠEK, L., HORŇÁKOVÁ, B., BALCAR, L. Sewage treatment plant (patent č. CZ28286 (U1)), 2015.
KOVAČ, D., PUTNA, P., VYBÍHAL, S., FOJTÍK, J., DUŠEK, L. Modulární zařízení pro úpravu procesních vod (CZ37015 (U1) 2023-04-25), 2023.
