Název projektu
Výzkum a vývoj kompozitních multifunkčních materiálů pro udržitelný rozvoj
Kód
SP2023/034
Předmět výzkumu
Projekt bude řešen ve 3 pracovních balíčcích označených jako WP1, WP2 a WP3. Náplň těch balíčků je provázána tak, aby se plánované výzkumné aktivity vzájemně doplňovaly a vedly k úspěšnému řešení projektu.
Výzkum v rámci WP1
V rámci WP1 budou studovány různé typy kompozitů označených jako I-IV.
Typ I – Organický kompozit. Budou vytvořeny hybridní kompozitní materiály pomocí interkalace vybraných jílových minerálů, např. montmorillonitu, kvartérními organickými kationty. Tyto materiály budou sloužit pro adsorpci environmentálně významných látek z vodného prostředí. Dalšími testovanými kompozity budou materiály získané v WP3.
Typ II – Adsorbent/polovodič. Tyto kombinují adsorpčními a fotokatalytické vlastnosti. Budou syntetizovány multifunkční materiály na bázi grafitického C3N4 a dále budou testovány jejich fotokatalytická aktivita s použitím environmentálně významných látek. Dále budou syntetizovány 2D kovalentní organické mřížky podobné grafitickému C3N4. Součástí výzkumu bude i příprava a charakterizace fotoaktivních nanomateriálů ZnS a kaolinit/ZnS.
Typ III – Nanovlákenný kompozit. Budou připraveny tenké filmy z derivátů kyseliny hyaluronové a na ně bude nanesena nanovlákenná vrstva na bázi nativní kyseliny hyaluronové. Dále bude zkoumán vliv složení a postprocesních úprav nanovlákenných vrstev z derivátu kyseliny hyaluronové na profil uvolňování inkorporovaných látek do prostředí reálné aplikace při hojení ran.
Typ IV – Anorganický kompozit. Budou studovány reologické vlastnosti kompozitních systémů směsí anorganických oxidů včetně závislosti dynamické viskozity na teplotě a chemickém složení, následně budou tyto systémy porovnány. Cílem výzkumu bude pochopit chování jednotlivých anorganických kompozitů a nalézt vhodné teoretické modely k popisu experimentálních dat.
Výzkum v rámci WP2
WP2 je provázán s WP1 a WP3 a poskytuje jim podporu v oblasti predikce procesů přípravy materiálů a charakterizace připravených materiálů zejména metodami termické a elektrochemické analýzy. V rámci WP1 jsou připravovány kompozitní materiály, jejichž syntéza je velmi často provedena pomocí kalcinačních postupů. V rámci WP3 jsou pak kalcinační postupy využívány hlavně pro úpravu studovaných průmyslových odpadů. K objasnění procesů probíhajících při kalcinacích, ale také při procesech, které jsou sami zdroji tepla, jako například mletí, je žádoucí využít metod termické analýzy. K objasnění probíhajících chemických reakcí a fázových transformací lze rovněž využít pokročilé SW produkty, které umožňují termodynamické a kinetické výpočty, a jejich výsledky lze využít pro predikci povahy finálního produktu kalcinačních postupů a také k popisu probíhajících dějů. Pokročilé metody elektrochemické analýzy umožní získání dat nezbytných pro pochopení funkce fotokatalyticky aktivních kompozitů připravovaných v rámci WP1 a také k indikaci potenciálu připravovaných vzorků v rámci WP1 a WP2 jako materiálů pro baterie a superkapacitory. Další aktivity WP2 spadají do oblasti studia speciálních anorganických materiálů (kovových slitin a oxidických směsí) a organických materiálů (energetické materiály) uváděnými metodami s cílem popsat zejména termofyzikální chování těchto materiálů a porozumět procesům probíhajícím v průběhu ohřevu/ochlazování v širokém teplotním rozmezí (-180 až 2000 °C).
Výzkum v rámci WP3
WP3 je zaměřen na nalezení efektivního způsobu zpracování okují a odprašků z metalurgických technologií a dále zpracování strusek. Pro výzkum zpracování těchto materiálů bude společným atributem obsah železa a snaha o jeho využití v různé formě a v různých aplikacích. Vysoká míra materiálového využití odpadů a druhotných surovin je z hlediska dosažení udržitelného rozvoje klíčová.
Tepelné zpracování okují a odprašků umožňuje materiál zbavit podílů organických zbytků a dále modifikovat fázové složení anorganického zbytku. Projekt bude cílit na způsoby tepelného zpracování uváděných materiálů a na změnu granulometrie částic tak, aby bylo umožněno z původně odpadních materiálů připravovat pigmenty. Součástí výzkumu budou návazné experiment ověřující využití připravených pigmentů jako barvicí složky do glazur pro úpravu povrchů keramického střepu.
Další zájmová složka – strusky budou podrobeny operacím mechanického zpracování – mletí a jiných forem mechanického rozdružování částic tak, aby se v co nejvyšší míře od balastní složky oddělil magneticky separovatelný podíl s obsahem železa. Obohacený zbytek se bude dát dobře využít jako kovonosná vázka v metalurgii. O železo ochuzenou část je možno využít při přípravě pojivových systémů. Proces výtěžnosti kovonosné části bude intenzifikován tepelným zpracováním.
Výzkumný záměr bude v oblasti kalcinačních procesů spolupracovat především s WP2 a zároveň budou hledány možnosti, jak jednotlivé materiály po procesu úpravy fázového složení bude možno využít pro přípravu kompozitních materiálů v rámci WP1. Pro WP3 budou klíčovými technikami řešení metody chemické a fázové analýzy a kalcinační procesy.
Rok zahájení
2023
Rok ukončení
2023
Poskytovatel
Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy
Kategorie
SGS
Typ
Specifický výzkum VŠB-TUO
Řešitel