9350-3021/02 – Heterogenní katalýza a fotokatalýza (HKF)
| Garantující katedra | Institut environmentálních technologií | Kredity | 20 |
| Garant předmětu | prof. Ing. Lucie Obalová, Ph.D. | Garant verze předmětu | prof. Ing. Lucie Obalová, Ph.D. |
| Úroveň studia | postgraduální | | |
| | Jazyk výuky | angličtina |
| Rok zavedení | 2025/2026 | Rok zrušení | |
| Určeno pro fakulty | FMT | Určeno pro typy studia | doktorské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Cílem předmětu je poskytnout komplexní odbornou základnu studentům, jejichž disertační práce je zaměřená do oblasti heterogenní katalýzy a fotokatalýzy ať už s aplikací v ochraně životního prostředí nebo technologických procesech a dalších aplikacích. Předmět studentovi umožní rozšířit znalosti o heterogenních katalytických reakcích a metodách získávání kinetických dat, dále umožní seznámení s fotokatalýzou jako vědní disciplínou, se základy fotokatalytických reakcí a jejich mechanismy, se strategií výběru vhodných experimentálních technik k charakterizaci katalyzátorů a s vybranými instrumentálními metodami, se kterými se může student setkat při řešení své disertační práce.
Vyučovací metody
Individuální konzultace
Výsledky učení
Průřezový předmět zaměřený na mezioborovou oblast heterogenní katalýzy a fotokatalýzy zahrnuje témata zaměřená na heterogenní katalytické reakce, postupy používané při laboratorním výzkumu katalyzátorů, fotokatalytické procesy a reaktory, fotokatalyzátory, instrumentální metody vhodné pro sledování průběhu těchto reakcí a metody vhodné pro charakterizaci katalyzátorů a fotokatalyzátorů včetně stanovení texturních parametrů. V rámci předmětu budou pro detailní studium vybrána konkrétní témata dle předchozí průpravy doktoranda a zaměření disertační práce.
Povinná literatura:
ČAPEK L., Heterogenní katalýza, Univerzita Pardubice, 2015.
HORÁK, J. Technická heterogenní katalýza, 1st ed. Praha: SNTL, 1972.
KOUBEK, J., KRAUS, M., SCHNEIDER, P. Technická katalýza 1. díl; Praha: VŠCHT, 1990.
KRAUS, M., SCHNEIDER, P., BERÁNEK, L. Chemická kinetika pro inženýry, 1st ed. Praha: SNTL, 1978.
KUBAL, J. Základy fotochemie, Praha: Academia, 1969.
ERTL, G., KNOZINGER, H., WEITKAMP, J. Handbook of Heterogeneous Catalysis, VCH Verlagsgesellschaft mbH. D-69451 Weinheim, Federal Republic of Germany, 1997.
DEPUY, C.H., CHAPMAN, O.L. Molekulové reakce a fotochemie, Praha: SNTL, 1978.
LAPČÍK, L., PELIKÁN, P., ČEPPAN, M. Fotochemické procesy, Bratislava: ALFA, 1989.
PONEC,V., KNOR,Z., ČERNÝ,S.: Adsorpce na tuhých látkách, Praha SNTL, 1968.
Doporučená literatura:
PANČEKOV, G.M., LEBEDĚV, B.P. Chemická kinetika a katalýza, 1st ed. Praha: SNTL, 1964.
MUCHLENOV, J.I., DOBKINOVÁ, J.I., DERJUŽKINOVÁ, V.I., SOROKO, V.I. Technologie katalyzátorů, 1st ed. Praha: SNTL, 1985
Další studijní materiály
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
Ústní zkouška
E-learning
Další požadavky na studenta
Vypracování seminární práce na zadané téma související se zaměřením disertační práce.
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
1. Heterogenní katalytické reakce. Kinetika a mechanismy katalytických reakcí, postupy odvození modelových mechanizmů, faktory ovlivňující katalytické reakce. Transportní jevy v heterogenní katalýze, vliv vnitřní a vnější difúze.
2. Pevné katalyzátory. Princip působení, typy, katalytické jedy, deaktivace, promotory, aktivita, selektivita, struktura katalyticky aktivních míst, katalýza na kovech a nekovech.
3. Laboratorní výzkum kinetiky. Experimentální laboratorní reaktory a jejich matematické modely, postup při hledání nového katalyzátoru, indikace vlivu makrokinetických vlastností, návrh kinetických experimentů, zpracování experimentálních kinetických dat.
4. Strategie návrhu katalyzátoru pro konkrétní proces. Možnosti cíleného ovlivnění účinnosti katalyzátoru volbou velikosti, geometrie, porézní struktury a distribuce aktivních míst.
5. Fotokatalytické procesy. Absorpce záření hmotou a její následné fyzikální a chemické změny. Průběh fotochemických reakcí. Zdroje záření. Mechanismus fotokatalytických reakcí. Fotokatalytické reakce na polovodičových fotokatalyzátorech. Homogenní a heterogenní fotokatalýza. Polovodičové fotokatalyzátory. Molekulová struktura.
6. Laboratorní fotochemické reaktory. Kinetika fotokatalytických reakcí. Eliminace makrokinetických prvků experimentálního zařízení. Vliv použité vlnové délky, teploty, tlaku a reduktantu na fotokatalytické reakce.
7. Modifikované fotokatalyzátory. Vliv povrchových úprav a dopování povrchu fotokatalyzátorů. Fotokatalyzátory s heteropřechodem. Z-schéma. Imobilizované fotokatalyzátory. Metody nanášení tenkých vrstev a jejich charakterizace
8. Instrumentální metody pro sledování kinetiky. Plynová a kapalinová chromatografie, instrumentace, stacionární fáze, detektory, optimalizace separace, derivatizace vzorků, GCxGC analýzy, aplikace. Hmotnostní spektrometrie. Vývoj a optimalizace separační metody, validace metody, odhad nejistot měření, vyhodnocení chromatografických záznamů. Infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací, elektrochemické a další metody.
9. Metody charakterizace katalyzátorů a fotokatalyzátorů. Princip vybraných spektroskopických technik: XRD, XRF, XPS, FTIR, UV-vis, Raman, EXAFS, NMR, EPR. Princip teplotně programovaných technik (TPD, TPR), testovací molekuly. Princip adsorpčně-desorpčních technik: kalorimetrie, chemisorpce. Strategie analýzy chemického složení, texturních vlastností a strukturních vlastností katalyzátoru. Příklady analýzy acido-bazických vlastností katalyzátorů. Oxidačně-redukční katalýza, příklady analýzy aktivních center katalyzátorů. In-situ spektroskopie.
10. Základní texturní parametry pevných látek a experimentální postupy jejich stanovení. Vnější, vnitřní povrch, zdánlivá (rtuťová) a skutečná (héliová) hustota pevných látek, celkový objem pórů, distribuce pórů, charakterizace a rozdělení pórů dle velikosti, teorie adsorpce na pevných látkách, adsorpce v mikropórech a mesopórech, Brunnauerova klasifikace adsorpčních izoterem, typy adsorpčních izoterem (teorie monomolekulární a vícevrstvé adsorpce). Adsorpce z kapalného prostředí. Vyhodnocování experimentálních dat.
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky
Předmět neobsahuje žádné hodnocení.