Schválené projekty 2013

Rozdělení přidělené dotace z MŠMT na specifický vysokoškolský výzkum po fakultách se zohledněním celoškolských pracovišť na rok 2013

Celková přidělená částka z MŠMT na specifický vysokoškolský výzkum na VŠB-TUO - 50 297 tis.Kč

Z toho 2.5%  - 1 257 425 Kč - úhrada způsobilých nákladů spojených s organizací SGS

fakultačástka v tis. Kč
FBI 1 384
EKF 5 219
FAST 3 132
FS 11 112
FEI 12 608
HGF 7 091
FMMI 7 130
CNT 1 363
CELKEM 49 039

Rezerva 575,- Kč
825,- Kč Fond účelových prostředků (nevyčerpaná rezerva z roku 2012)

KódSP2013/48
Název projektuBionanokompozity na bázi ušlechtilých kovů – účinné „low cost“ materiály pro heterogenní katalýzu
ŘešitelKratošová Gabriela Ing., Ph.D.
Školitel projektu
Období řešení projektu01.01.2013 - 31.12.2013
Předmět výzkumuNavrhovaný projekt je zaměřen na studium možností přímých aplikací biosyntetizovaných nanočástic vybraných ušlechtilých kovů (zlata, platiny, paladia) a bionanokompozitů s obsahem těchto částic, připravovaných naším výzkumným týmem. Součástí projektu je i následná charakterizace těchto materiálů a probíhajících procesů. Budou realizovány experimenty, které využívají mikroorganismy s křemičitou schránkou (např. rozsivky) pro přípravu katalyticky účinných materiálů. Konkrétním cílem projektu bude zejména hlubší studium aplikačních možností těchto materiálů ve třech oblastech heterogenní katalýzy, jejich následná modifikace (např. magnetická modifikace ferrofluidy pro zvýšení katalytické aktivity, lepší separaci ze směsí) a optimalizace postupů jejich přípravy pro aplikace v průmyslu.
Trendem posledních let je příprava nanočástic a nanomateriálů i jinými, než mechanickými a chemickými metodami. Využití všudypřítomných biologických procesů jako je biomineralizace, bioakumulace nebo bioredukce poskytuje oproti klasickým metodám řadu výhod. Biosyntéza nanočástic kovů a jejich sloučenin mikroorganismy je vzhledem k podmínkám přípravy označována za ekologicky šetrný postup, který umožňuje využít normálních podmínek (teplota, tlak) a nevznikají při něm nebezpečné nebo toxické produkty. Jedná se také o metodu levnou, nevyžadující náročnou instrumentaci. Navíc mohou mít získané nanomateriály díky interakci s biomolekulami často odlišné a unikátní vlastnosti (stabilita, biokompatibilita, optické vlastnosti apod.). Náš způsob přípravy nanobiokompozitu, zahrnující biosyntézu nanočástic a jejich ukotvení na schránky křemičitých řas, představuje elegantní, rychlý a jednoduchý způsob pro získání katalyzátoru již nasorbovaném na pevné matrici z SiO2. Tento fakt je důležitý jak pro katalytickou aktivitu katalyzátoru, tak pro jeho stabilitu a použití při vyšších teplotách.
Zlato a ostatní ušlechtilé kovy, resp. jejich nanočástice, jsou v poslední době stále více zkoumány pro jejich slibný potenciál v heterogenní katalýze. Jako stěžejní se jeví rozsáhlé aplikace nanočástic zlata jako katalyzátoru při oxidaci CO, N2O (což jsou velice důležité reakce v průmyslu) a dále velkého množství oxidačních reakcí organických sloučenin. Z redukčních reakcí zlata se jako velice zajímavé jeví například reakce odbourávání aromatických nitrátů – zde se nabízí velice důležitá aplikace pro dekontaminaci současných i bývalých vojenských areálů a cvičišť. V neposlední řadě je v literatuře zmiňovaný vysoký potenciál nanočástic platiny a paladia pro dehalogenaci chlorovaných, fluorovaných a bromovaných derivátů (PCB, freony apod.).
Naší vědecké skupině se doposud v minulých letech podařilo připravit několik typů funkčních bionanokompozitů a byla provedena jejich základní analýza a charakterizace. Pro navrhované typy reakcí jsme provedli pilotní experimenty. Zejména jsme zaznamenali schopnost bionanokompozitů obsahujících zlato katalyzovat hydrolýzu organofosfátových nervových jedů (velice důležité např. při kontaminaci zdrojů pitné vody těmito vysoce toxickými látkami a podobný účinek doposud nebyl nikde publikován). Jedinečnost našich metod tkví zejména v přímé sorpci a ukotvení nanočástic na silikátovou matrici mikroorganismů v jediném procesním kroku, což umožňuje jednoduchou izolaci získaných biokompozitů a další manipulaci s tímto materiálem. V této souvislosti jsme získali i mnoho zajímavých kontaktů pro výzkumnou činnost, které jsou velice slibné pro budoucí vědeckou (PřF UK v Praze – Doc. Yvonne Němcová, VŠCHT v Praze – Doc. František Štěpánek; ÚSBE AV ČR v Českých Budějovicích – Dr. Mirka Šafaříková; ELÚ SAV v Bratislavě – Ing. Ivo Vávra; Oregon State University, USA – Prof. Greg Rorrer) i průmyslovou (bezpečnostní výzkum MV ČR – Ing. Jiří Slabotínský; Nanodelivery Int. – Dr. Aleš Prokop) spolupráci. Všechny tyto subjekty plánují použít a rozšířit výstupy z navrhovaného projektu v rámci budoucí deklarované spolupráce.
Členové řešitelského týmuIng. Veronika Holišová
Ing. Marta Natšinová
Ing. Gabriela Kratošová, Ph.D.
Specifikace výstupů projektu (cíl projektu)Cílem projektu je přímá aplikace připravených bionanokompozitů ve třech oblastech heterogenní katalýzy. Postup řešení projektu bude zahrnovat syntézu bionanokompozitů a její optimalizaci vzhledem k využití v katalýze, modifikaci vzniklých materiálů (magnetická modifikace, mletí, kalcinace) a využití takto připravených katalyzátorů pro oxidační reakce (oxidace CO, N2O), hydrolýzu organofosfátů a odbourávání organických halogenderivátů.

Konkrétní cíle projektu jsou:

1. příprava bionanokompozitů pomocí kultur hnědých řas a prekurzorů vzácných kovů; optimalizace podmínek přípravy (úprava pH, teploty apod.), kalcinace, mletí, magnetická modifikace (ve spolupráci s ÚSBE AV ČR)

2. detailní charakterizace připravených bionanokompozitů mikroskopickými, spektroskopickými a krystalografickými metodami; určení parametrů významných pro katalytické aplikace (porozita, specifický povrch, velikost částic)

3. aplikace v heterogenní katalýze

a) výzkum katalytických účinků kompozitů obsahujících nanočástice zlata na oxidaci CO a N2O. Tento výzkum bude prováděn ve spolupráci s týmem prof. Lucie Obalové na testovacím zařízení určeném pro podobné účely.

b) odbourávání nebezpečných organofosfátových sloučenin hydrolýzou katalyzovanou bionanokompozity s obsahem nanozlata. Měření katalytického účinku bude prováděno pomocí GC/MSD s využitím techniky „direct-SPME“ (SÚJCHBO – Ing. Jiří Slabotinský).

c) studium dehalogenace aromatických halogenderivátů (např. PCB) pomocí kompozitních katalyzátorů obsahujících nanočástice platiny. Detekce katalytické účinnosti bude prováděna ve spolupráci s Doc. Danielou Plachou pomocí metody GC/MS.

Časový harmonogram projektu (v závorce jsou měsíce, ve kterých bude daná činnost vykonávána)

syntéza materiálů (II.-VIII.)
optimalizace syntézy (III.-VI.)
modifikace materiálů (III.-VII.)
charakterizace materiálů (II.-IX.)
hydrolýza organofosfátů (II.-VII.)
oxidační reakce (CO, N2O) (V.-IX.)
dehalogenační reakce (VI.-X.)
analýza a zpracování výsledků (V.-XII.)


Plánované konkrétní a měřitelné výstupy projektu:

1) publikace výsledků v mezinárodních vědeckých časopisech (celkově 3 články věnované katalýze ve formě „submitted“, případně „accepted“ – alespoň v jednom případě), prezentace na vědeckých konferencích (1x orální prezentace, 2x poster)

2) podpora experimentální stránky diplomových prací, které jsou tematicky zaměřené v souladu se zněním projektu. Časový rámec projektu je navržen tak, aby bylo možno provést většinu experimentů v průběhu letních měsíců roku 2013 a poskytuje tak dostatek času na zpracování údajů a vlastní tvorbu diplomové práce.

3) navržení unikátních biotechnologických metod, prohloubení současných znalostí o schopnostech mikroorganismů formovat nanočástice

4) získání biomateriálu využitelného pro aplikace v oblasti katalýzy; potenciální význam pro likvidaci a odbourávání organických polutantů z vod a půd, vojenské aplikace a bezpečnost – likvidace organofosfátových sloučenin, průmyslové aplikace – oxidace oxidu dusného a oxidu uhelnatého

5) použití metod a výsledků předkládaného projektu pro účely výuky a tvorby studijních materiálů v předmětech nabízených VŠB – TUO v rámci studijního oboru “Nanotechnologie"

6) podpora nedávno vzniklého netradičního a progresivního směru bionanotechnologického výzkumu, který má zároveň velký potenciál pro další rozvoj – zviditelnění VŠB-TUO v národním i mezinárodním měřítku, prohloubení vědecké spolupráce s pracovišti v ČR i zahraničí

Rozpočet projektu - uznané náklady

NávrhSkutečnost
1. Osobní náklady
Z toho
0,-0,-
1.1. Mzdy (včetně pohyblivých složek)0,-0,-
1.2. Odvody pojistného na veřejné zdravotně pojištění a pojistného na sociální zabezpečení a příspěvku na státní politiku zaměstnanosti0,-0,-
2. Stipendia24000,-24000,-
3. Materiálové náklady36000,-22200,-
4. Drobný hmotný a nehmotný majetek0,-0,-
5. Služby15000,-16312,-
6. Cestovní náhrady15000,-27488,-
7. Doplňkové (režijní) náklady max. do výše 10% poskytnuté podpory10000,-10000,-
8. Konference pořádané VŠB-TUO k prezentaci výsledků studentského grantu (max. do výše 10% poskytnuté podpory)0,-0,-
9. Pořízení investic0,-0,-
Plánované náklady100000,-
Uznané náklady100000,-
Celkem běžné finanční prostředky100000,-100000,-