Schválené projekty 2014

Rozdělení přidělené dotace z MŠMT na specifický vysokoškolský výzkum po fakultách se zohledněním celoškolských pracovišť na rok 2014

Celková přidělená částka z MŠMT na specifický vysokoškolský výzkum na VŠB-TUO - 50 638 tis.Kč

Z toho 2.5%  - 1 265 950 Kč - úhrada způsobilých nákladů spojených s organizací SGS

fakultapřidělená částka v tis. Kč
FBI  1 186
EKF  5 453
FAST  3 351
FS 11 385
FEI 12 892
HGF  5 937
FMMI  7 377
CNT  1 791
CELKEM 49 372

 

KódSP2014/88
Název projektuNové nanomateriály s obsahem přechodných kovů pro katalytický rozklad N2O a selektivní katalytickou redukci NOx amoniakem
ŘešitelKuboňová Lenka Ing., Ph.D.
Školitel projektuprof. Ing. Lucie Obalová, Ph.D.<br />
Období řešení projektu01.01.2014 - 31.12.2014
Předmět výzkumuOxid dusný N2O patří mezi látky poškozující stratosférickou ozónovou vrstvu. Spolu s oxidem uhličitým se významně podílí na skleníkovém efektu. Antropogenní činnost přispívá cca. 6% z celkového vlivu N2O na skleníkový efekt, tuto produkci je potřeba snížit z více než 70%. Největším průmyslovým zdrojem emisí N2O je výroba kyseliny dusičné a dále procesy, kde se HNO3 používá jako oxidační činidlo či dochází k oxidaci amoniaku a aminů.
Rozklad N2O na přirozené složky ovzduší kyslík a dusík, je jednoduchou a elegantní metodou pro snížení emisí N2O v odpadních plynech. Za použití katalyzátoru je možno dosáhnout téměř 100% konverze při teplotě nad 400°C v závislosti na složení odpadního plynu. Pro katalytický rozklad bylo v posledních letech testováno množství katalyzátorů různého typu, např. oxidy kovů, směsné oxidy, zeolity s vázanými ionty přechodných kovů.
Chemisorpce N2O a následná desorpce O2 jsou urychlovány v přítomnosti přechodných kovů (např. Co, Cu, Fe, Ni). V navrhovaném projektu bude zkoumána aktivita stávajících, upravených a/nebo nově připravených katalyzátorů založených na matrici uspořádaných křemičitých materiálů (MCM-41 a SBA-15)a různém složení přechodných kovů. Bude také sledován vliv hliníku, který podporuje disperzi a stabilitu kovů na křemičitém nosiči. Procesní podmínky vychází ze skutečných podmínek a složení odpadního plynu z výroby kyseliny dusičné.
Selektivní katalytická redukce (SCR) oxidů dusíku patří mezi nejúčinnější metody snižování emisí NOx. Princip spočívá v redukci NOx amoniakem v přebytku kyslíku na N2 a H2O při teplotách 150 - 450 °C v přítomnosti vhodného katalyzátoru. Hlavní výhodou SCR je vedle vysokého stupně konverze NOx to, že produkty reakce jsou přirozenými složkami ovzduší. Hlavním požadavkem na katalyzátor pro SCR NOx je jeho vysoká aktivita a selektivita ke vzniku N2.
Členové řešitelského týmuIng. Lenka Kuboňová, Ph.D.
prof. Ing. Lucie Obalová, Ph.D.
Specifikace výstupů projektu (cíl projektu)Správná volba složení a zvolená metoda přípravy katalyzátorů je zásadní pro každou katalyticky řízenou reakci, jakou je také rozklad N2O a redukce NOx. Klíčovými parametry při přípravě katalyzátorů o vysoké aktivitě jsou správná volba matrice (hydrotalcity, křemičité materiály, apod.), chemikálií obsahující aktivní složky (přechodné kovy, promotory, vzácné kovy), rozpouštědel, parametrů syntézy (teplota, čas, pH), aj. K dispozici máme nově připravené katalyzátory, kdy nosičem jsou uspořádané křemičité materiály (MCM-51 a SBA-15) s přechodným kovem Co a se vzácným kovem Rh, připravených tzv. MDD (molecular designed dispersion) metodou.
Katalytický rozklad N2O je v laboratorních podmínkách nastaven podle reálných podmínek a složení odpadního plynu z výroby kyseliny dusičné. Nejprve je katalyzátor třeba zaktivovat v inertu po určitou dobu, poté je připouštěn N2O. Maximální teplota rozkladu N2O je nastavena na 450°C, poté je sledována aktivita katalyzátoru za nižších teplot v intervalu 30°C. Celkový průtok je nastaven na 100 ml/min., reakční směs se skládá z nosného plynu (He nebo N2) a N2O (1000 ppm). Pokud je z výsledků rozkladu N2O patrná vysoká aktivita katalyzátoru, je proveden pokus rozkladu N2O za reálných podmínek, složení plynu: nosný plyn (He nebo N2), N2O (1000 ppm), O2 (5 mol%), H2O (3 mol%) a NO (200 ppm). Zdrojem plynů jsou tlakové láhve s technickými plyny a certifikovanými kalibračními směsmi, pro regulaci průtoků plynu se používají automatické průtokoměry. Pro analýzu vstupní a výstupní plynné směsi je k dispozici IČ spektrometr nebo plynový chromatograf s TCD detektorem.
Selektivní katalytická redukce NOx amoniakem vyžaduje stechiometrické dávkování amoniaku podle aktuální koncentrace NOx. Celkový průtok je nastaven na 100 ml/min., reakční směs se skládá z nosného plynu (He nebo N2), NO (1000 ppm), NH3 (1200 ppm) a O2 (1 mol%). Pro analýzu je k dispozici dvousložkový IČ analyzátor NO/NH3 s vysokoteplotním katalytickým konvertorem NO/NO2, je tedy možno stanovit NO a sumu koncentrací NO a NO2 (NOx).
Spolu s probíhajícími katalytickými testy je třeba zajistit charakterizaci připravených katalyzátorů. Jedná se především o určení jejich texturních vlastností (měrný povrch BET, průměr pórů a jejich distribuce) pomocí sorpce N2, charakterizace struktury materiálů pomocí infračervené spektroskopie (FT-IR), jejich prvkové složení pomocí atomové absorpční spektroskopie (AAS) nebo rentgenové mikroanalýzy (EDX), jejich rozklad za zvýšených teplot pomocí termogravimetrické analýzy (TGA), koordinace kovů pomocí UV-Vis difúzní spektroskopie, aj.

Časový harmonogram
Leden 2014 – duben 2014: charakterizace připravených katalyzátorů z roku 2013
Květen 2014 – září 2014: měření katalytické aktivity těchto katalyzátorů
Říjen 2014 – prosinec 2014: úprava stávajících katalyzátorů a/nebo příprava nových katalyzátorů na základě získaných informací z měření jejich katalytické aktivity

Dosažené výsledky mohou být prezentovány na mezinárodní konferenci 12th Pannonian Symposium on Catalysis v roce 2014 konané v ČR, případně jiné. Tato konference je velmi vhodná pro navrhovaný projekt a pro řešitele, jakožto studentku doktorského studia, bude obohacením o nejnovější poznatky nejen dané problematiky snižování emisí N2O a NOx. Výsledky řešení projektu budou prezentovány formou posteru.
Získané výsledky budou zpracovány a zaslány do některého impaktovaného časopisu zaměřeného na katalýzu, např.: Applied Catalysis Environmental B, Journal of Catalysis, Catalysis Today příp. jiné.

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. Stipendia36000,-36000,-
3. Materiálové náklady20000,-44284,-
4. Drobný hmotný a nehmotný majetek0,-0,-
5. Služby30000,-18716,-
6. Cestovní náhrady13000,-0,-
7. Doplňkové (režijní) náklady max. do výše 10% poskytnuté podpory11000,-11000,-
8. Konference pořádané VŠB-TUO k prezentaci výsledků studentského grantu (max. do výše 10% poskytnuté podpory)0,-0,-
9. Pořízení investic0,-0,-
Plánované náklady110000,-
Uznané náklady110000,-
Celkem běžné finanční prostředky110000,-110000,-