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)

KódSP2013/56
Název projektuNanokompozitní materiály na bázi fylosilikátů
ŘešitelPraus Petr prof. Ing., Ph.D.
Školitel projektu
Období řešení projektu01.01.2013 - 31.12.2013
Předmět výzkumuPodle současné definice Evropské komise je nanomateriálem rozuměn přírodní materiál, vedlejší nebo záměrně vyrobený produkt, který obsahuje alespoň 50 % částic s nejméně jedním rozměrem v rozsahu 1–100 nm. Definici přirozených nanomateriálů vyhovují vrstevnaté jílové minerály (fylosilikáty), které jsou tvořeny 10–20 paralelně nad sebou uspořádanými vrstvami složenými ze 2 sítí tetraedrů SiO4, mezi kterými se nachází 1 síť oktaedrů AlO6 (typ 2:1). Synteticky připravované nanočástice mají tendenci se shlukovat, což vede k přirozenému snižování volné entalpie jejich nanodisperzního systému. Spojením fylosilikátů a syntetických nanočástic dojde 1) ke stabilizaci nanočástic bez použití dalších aditiv a 2) k vytvoření nanokompozitních materiálů s novými chemickými a fyzikálními vlastnostmi.

Předmětem minulého výzkumu byla příprava nanočástic ZnS a CdS srážením v přítomnosti kationaktivních tenzidů za vzniku kladně nabitých micel, které byly účinně stabilizovaly proti koagulaci vzájemnými repulzními silami. Tyto micely byly následně deponovány na různých fylosilikátech, zejména na montmorillonitu za vzniku stabilního nanokompozitu s obsahem 5-7 hm. % nanočástic a 30 hm. % tenzidu. Nanokompozit ZnS a montmorillonitu byl úspěšně použit při fotokatalytickém rozklad fenolu a oxidu dusného a při fotokatalytické redukci oxidu uhličitého. Při aplikaci těchto nanokompozitů pro fotokatalytickou redukci oxidu uhličitého byl zjištěn vznik vodíku a methanu, který se částečně tvořil redukcí rozpuštěného oxidu uhličitého ve vodné disperzi a částečně radikálovým štěpením vazeb ≡N-CH3 na povrchu nanočástic ZnS.

Předmětem dalšího výzkumu proto bude připravit nanokompozitní materiály typu nanočástice-fylosilikát bez dalších stabilizačních látek. Výzkum bude zaměřen na přípravu nanočástic typu jádro/slupka (core/shell) a studium jejich optických a fotokatalytických vlastností. Nanočástice částice budou připraveny z polovodičových nanostruktur ZnS, CdS, ZnO a CdO. Dále budou studovány fluorescenční vlastnosti methylenové modře a sorpce některých tenzidů na fylosilikátech.
Členové řešitelského týmuIng. Jana Josieková
prof. Ing. Zdeněk Klika, CSc.
prof. Ing. Petr Praus, Ph.D.
Ing. Jana Serenčíšová
Ing. Ladislav Svoboda
Specifikace výstupů projektu (cíl projektu)1. Příprava nanočástic a jejich kompozitů s fylosilikáty
Nanočástice typu core/shell ZnS/CdS a CdS/ZnS budou připravovány postupným srážením ZnS a CdS v roztoku sulfidů v různém pořadí. Ke stabilizaci budou použity kationaktivní tenzidy, zejména cetyltrimethylammonium bromid (CTAB). Budou studovány optické vlastnosti těchto nanočástic přímo v koloidních disperzích: bude měřena absorpce UV-VIS záření a luminiscence. Pro porovnání budou připraveny a studovány směsné nanočástice ZnxCd1-xS současným srážením ZnS a CdS v přítomnosti tenzidů.

Nanočástice ZnO a CdO a jejich core-shell nanostruktury ZnS/ZnO a CdS/ZnO, budou připraveny depozicí nanočástic ZnS, CdS a CdS/ZnS stabilizovaných tenzidy na fylosilikátovém nosiči a jejich kalcinací při různých teplotách. Během tohoto procesu by mělo dojít k odstranění tenzidů a k oxidaci ZnS na ZnO a CdS na CdO. Vrstva ZnO u nanočástic core/shell by měla zvýšit stabilitu vnitřní nanočástice (ZnS, CdS) proti fotokorozi. Depozicí těchto nanočástic na fylosikátech a následnou kalcinací dojde k vytvoření nanokompozitů, jejichž struktura a fotokatalytické vlastnosti budou předmětem dalšího výzkumu.

2. Studium nanokompozitních materiálů
Struktura vzniklých nanokompozitních materiálů bude studována metodami RTG práškové difrakce, řádkovací a transmisní elektronové mikroskopie, luminiscenční spektrometrie, IČ a Ramanovy spektrometrie a UV-VIS difúzně reflexní spektrometrie. Chemickou analýzou bude zjištěno složení nanokompozitu. Po provedení důkladné charakterizace budou nanokompozitní materiály použity jako fotokatalyzátory k rozkladu oxidu dusného a některých organických látek a k redukci oxidu uhličitého.

Fotokatalytický rozklad oxidu dusného a fotokatalytická redukce oxidu uhličitého budou prováděny v anulárních vsádkových míchaných rektorech, které jsou vybaveny rtuťovými výbojkami (8 W) a senzory tlaku, teploty a pH, které umožňují kontinuální měření během reakce. Tyto reaktory také umožňují manuální odběr vzorků z plynné a kapalné fáze. Odebrané vzorky budou analyzovány na plynovém chromatografu Younglin (YL 6100 GC), který je vybaven detektory TCD a FID. Pro fotokatalytický rozklad organických látek bude použit skleněný vsádkový, vodou chlazený reaktor se rtuťovou výbojkou (40 W).

3. Sorpce tenzidů na fylosilikátech
Tato část projektu navazuje na předchozí výzkum, který se týkal fluorescence bazických barviv interkalovaných do montmorillonitů a interkalace tetraalkyl(aryl)amoniových kationtů do stejných hostitelů. Řádové zvýšení fluorescence methylenové modře a dalších kation aktivních barviv po jejích interkalaci do montmorillonitu bude rozšířeno o studium těchto barviv při interakci s jinými hostitelskými strukturami. Budou to kaolinit a vermikulit. Oba tyto fylosilikátové minerály skýtají naději, že by mohly pro kation aktivního barviva poskytovat podobně vhodnou hostitelskou strukturu, jako vykazuje montmorillonit. Zjištění zvýšené fluorescence komplexu methylenová modř/kaolinit by zobecnilo předchozí zjištění, že k navýšení fluorescence barviv dochází na površích, které mají nízký negativní náboj a plošné uspořádaní.

Mechanismus interkalace kationaktivních tenzidů do montmorillonitů je v literatuře vysvětlován různými autory odlišně. S použitím různých tetraalkyl(aryl)amoniových kationtů (CTAB a cetylpyridinium chloridu) a hostitelů (montmorillonitů) s různým nábojem bude tento mechanismus studován s cílem jeho objasnění.

Rozpočet projektu - uznané náklady

NávrhSkutečnost
1. Osobní náklady
Z toho
10000,-10000,-
1.1. Mzdy (včetně pohyblivých složek)6400,-7463,-
1.2. Odvody pojistného na veřejné zdravotně pojištění a pojistného na sociální zabezpečení a příspěvku na státní politiku zaměstnanosti3600,-2537,-
2. Stipendia15000,-15000,-
3. Materiálové náklady80000,-79794,-
4. Drobný hmotný a nehmotný majetek21800,-4862,-
5. Služby59000,-47711,-
6. Cestovní náhrady50000,-78433,-
7. Doplňkové (režijní) náklady max. do výše 10% poskytnuté podpory26200,-26200,-
8. Konference pořádané VŠB-TUO k prezentaci výsledků studentského grantu (max. do výše 10% poskytnuté podpory)0,-0,-
9. Pořízení investic0,-0,-
Plánované náklady262000,-
Uznané náklady262000,-
Celkem běžné finanční prostředky262000,-262000,-