|
|
Effect of sub-micrometer structural features on rheology of polymer nanocomposites
Lepcio, Petr ; Chodák,, Ivan (oponent) ; doc.Ing.Marián Lehocký, Ph.D. (oponent) ; Jančář, Josef (vedoucí práce)
Polymer nanocomposites (PNCs) hold a great promise as future lightweight functional materials processable by additive manufacturing technologies. However, their rapid deployment is hindered by their performance depending strongly on the nanoparticle (NP) spatial organization. Therefore, the ability to control the nanoparticle dispersion in the process of PNCs preparation is a crucial prerequisite for utilizing their potential in functional composites. This work investigates solution blending of PNCs in a model glass forming polymer matrix, a bulk processing technique of a tailored NP spatial organization controlled by structural and kinetic variables of the preparation protocol. The presented results describe the differences between nanoparticle induced changes on the rheological behavior of a polystyrene solution under large amplitude oscillation shear (LAOS). High-affinity OP-POSS NPs seem to interact with the PS at low filler loadings and form stiffened aggregates, whereas low-affinity OM-POSS NPs remained rather uninvolved in the polymer deformation at these conditions. Furthermore, an interest was focused on the impact of the blending solvent on the NP spatial arrangement in silica/PMMA and silica/PS nanocomposites, which has already been suggested as the controlling parameter of the solid-state structure. An emphasis was put on the qualitative differences between “poorly dispersed” NP arrays which, by combination of rheological assessment and structural analysis (TEM, USAXS), were identified as chain bound clusters and two types of aggregates, one of thermodynamic and the other of a kinetic origin, which are characterized by substantially distinct formation kinetics and mismatched properties compared to individually dispersed NPs and each other. The currently observed types of NP dispersion were quantitatively linked with their rheological properties during the solution blending step and the amount of polymer adsorption and depletion attraction. The results were compared to the PRISM theory. Finally, the importance of NP spatial organization was demonstrated on the comparison of glass transition temperatures of various structures at constant chemical composition.
|
|
|
Molecular modeling of biomolecules - surface interactions
KROUTIL, Ondřej
Interakce mezi (bio)molekulami, ionty a povrchy hrají důležitou roli v mnoha biologických procesech a vědeckých aplikacích, avšak porozumění těmto interakcím na molekulární úrovni stále představuje výzvu pro současnou vědu. Počítačové simulace nám mohou v tomto směru poskytnout detailní informace pokud máme dobře připravené a ověřené modely studovaných systémů. V této dizertační práci jsou popsány a studovány s pomocí metod klasické a ab initio molekulové mechaniky interakce několika různých (bio)molekul s anorganickými povrchy. Chemisorbované molekuly DNA a oligopeptidů na povrch grafenu a rtuti byly studovány v návaznosti na experimentální studium DNA čipů a elektrochemických label-free metod. Byl připraven model povrchu quartzu (101), který respektuje jeho náboj při různých pH a proběhlo porovnání tohoto modelu s experimentálními daty. Následně byla zkoumána a popsána fyzisorpce nukleobází na povrch quartzu (101) a šťavelanu na povrch rutilu (110).
|
|
|
Adsorpce toxických kovů z odpadních vod na odpadním materiálu z potravinářského průmyslu
Křikala, Jakub ; Pořízka, Jaromír (oponent) ; Diviš, Pavel (vedoucí práce)
Předmětem této diplomové práce je sekundární využití matolin z vinařského průmyslu k odstraňování vybraných těžkých kovů z odpadních vod. V teoretické části je diskutována zejména problematika těžkých kovů včetně způsobů jejich odstraňování z odpadních vod a detekce pomocí metody ICP-OES. Dále je zde charakterizován odpadní materiál z výroby vína a diskutovány možnosti jeho dalšího zpracování. Primárním cílem experimentální části práce je charakteristika materiálu pomocí IČ analýzy, optimalizace podmínek, konstrukce izoterem a stanovení maximálních adsorpčních kapacit bílých, červených a chemicky modifikovaných matolin pro Cd, Cr, Cu, Ni a Pb. Z parametrů ovlivňujích účinnost adsorpce byla optimalizována navážka adsorbentu (poměr m/V = 0,02), hodnota pH = 5 pro Cd, Cu, Ni, Pb a hodnota pH = 3 pro Cr a kontaktní čas 15 minut pro Cd, Ni, Pb a 30 minut pro Cr a Cu. Maximální adsorpční kapacity matolin byly stanoveny z Langmuirova modelu adsorpční izotermy a činily 18,829 7 mg/g pro Cd; 10,664 7 mg/g pro Ni; 35,602 0 mg/g pro Pb (matoliny modifikované 1M NaOH); 4,678 4 mg/g pro Cu a 9,629 0 mg/g pro Cr. Výsledky práce potvrzují dobrý adsorpční potenciál matolin pro těžké kovy a pozitivní vliv chemické modifikace přírodních biosorbentů pro zlepšení adsorpční kapacity.
|
|
|
Charakterizace adsorbčních vlastností probiotických bakterií
Černá, Klára ; Sedláček, Petr (oponent) ; Obruča, Stanislav (vedoucí práce)
Cílem diplomové práce je charakterizace adsorbčních vlastností probiotických bakterií. Charakterizace byla provedena pomocí navržené a zoptimalizované spektrofotometrické metody stanovení adheze probiotických bakterií k mucinu, jakožto hlavní viskoelastické složce hlenu, která byla nedílnou součástí experimentální části práce. Za účelem detailnějšího popisu adhezních interakcí, podílejících se na adhezi probiotických bakterií k mucinu, byla stanovena pomocí průtokové cytometrie viabilita vybraných probiotických bakteriálních kmenů: Lactobacillus rhamnosus CCM 1825, Lactobacillus plantarum CCM 7039, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus CCM 7190, Lactobacillus acidophilus CCM 4833, Lactobacillus casei CCM 4798, Bifidobacterium breve CCM 7825, Bacillus coagulans CCM 2658 a potencionálního probiotického kmene Lactobacillus zeae CCM 7069. U zmíněných bakterií byl také stanoven hydrofobní efekt pomocí BATH (bakteriální adheze k uhlovodikům) experimentu. Poslední navrženou a zoptimalizovanou technikou byl dynamický a elektroforetický rozptyl světla charakterizující povrchové vlastnosti jako -potenciál, průměrná distribuce velikosti a izoelektrický bod. Z této metody byly získány informace o agregaci bakteriálních buněk a o elektrostatických interakcích. Kombinací těchto metod byla charakterizována adheze, jako velmi specifický, senzitivní a klíčový parametr úspěšného probiotického mikroorganismu, který je ovlivňován rozličnými vlivy.
|
|
|
Experimentální studium adsorpce bakteriálních buněk na pevné povrchy
Kahanovská, Kristína ; Obruča, Stanislav (oponent) ; Sedláček, Petr (vedoucí práce)
Kľúčovou náplňou diplomovej práce bola optimalizácia laboratórnych modelových systémov ako inovativného nástroja pre experimentálne štúdium adsorpcie bakteriálnych buniek na pevné povrchy. Pri opise živých biologických systémov je adsorpcia označovaná ako adhézia. Navrhnuté modelové systémy boli overené fyzikálne-chemickými analýzami. Rôznymi technikami boli stanovené vlastnosti použitých baktérií, konkrétne Burkholderia cepacia a Bacillus megaterium. Použité pevné povrchy po sorpcii bakteriálnych buniek Bacillus megaterium boli podrobené štruktúrnej a vizuálnej analýze. Aplikácia teoretického prístupu (napr. použitím rôznych fyzikálno-chemických modelov) k štúdiu adhézie mikroorganizmov na konkrétny povrch nám umožňuje predpovedať podmienky úspešnej adhézie. Výsledky práce slúžia k lepšeniu pochopeniu vzniku a vývoja biofilmu.
|
|
|
Influence of Adsorption on Electrochemical Reduction of Pyridinium Derivatives
Nováková Lachmanová, Štěpánka ; Dupeyre, G. ; Lainé, P. P. ; Hromadová, Magdaléna
Two expanded pyridinium-based compounds 1 and 2 were studied by cyclic voltammetry in two different environments. The nonaqueous solution suppresses the adsorption of the compounds on the electrode surface. Adsorption process in aqueous environment was confirmed by typical shape of the curve as well as by the linear dependence of peak current on the scan rate. The shift of standard redox potential in aqueous solution compared to nonaqueous environment toward more negative potential indicates the adsorption of reactant on the electrode surface. Larger shift observed for flat conjugated molecule 1 confirms its stronger adsorption than for the second molecule.
|
|
|
Příprava funkcionalizovaných polyacetylenových sítí jednostupňovou polymerizací
Trnková, Kristýna ; Sedláček, Jan (vedoucí práce) ; Faukner, Tomáš (oponent)
Kondenzací 4-ethynylbenzaldehydu s různými konfiguračními izomery 1,2-diaminocyklohexanu byly připraveny tři nové látky typu aromaticko-alifatických Schiffových bází obsahujících dvě azomethinové spojky a dvě skupiny ethynylové umístěné symetricky na koncových benzenových jádrech. Kondenzací 4-ethynylanilinu s 5-ethynyl-1,3- benzendikarbaldehydem byla připravena aromatická Schiffova báze obsahující opět dvě azomethinové spojky propojující tři benzenová jádra, z nichž každé bylo substituováno jednou ethynylovou skupinou. Připravené látky byly použity jako monomery koordinačních řetězových polymerizací, při kterých byly polymerizačně transformovány ethynylové skupiny při současném zachování skupin azomethinových. Produktem polymerizací byly polymerní sítě, ve kterých byly polymerizací vzniklé polyacetylenové řetězce hustě propojeny aromaticko-alifatickými nebo aromatickými segmenty obsahujícími azomethinové skupiny. Při polymerizaci diethynylovaných monomerů bylo dosaženo kvantitativní konverze ethynylových skupin, při polymerizaci triethynylovaného monomeru byla nejvyšší dosažená konverze ethynylových skupin 90 %. Polymerní sítě připravené z triethynylovaného převážně aromatického monomeru vykazovaly mikroporézní texturu se specifickým povrchem až 515 m2 /g. Polymerní sítě připravené z...
|
|
|
Příprava polyacetylenových sítí metodou postpolymerizačního síťování
Šorm, David ; Sedláček, Jan (vedoucí práce) ; Zedník, Jiří (oponent)
Cestou řetězové koordinační polymerizace byl připraven rozpustný vysokomolekulární lineární poly(3-ethynylbenzaldehyd), tj. polymer polyacetylenového typu s reaktivními postranními benzaldehydovými skupinami. Byla prokázána možnost účinného postpolymerizačního síťování poly(3-ethynylbenzaldehyd)u pomocí kondenzační reakce polymeru se širokým spektrem síťovacích činidel typu alifatických, aromaticko-alifatických a aromatických diaminů. Bylo prokázáno, že v průběhu síťování dochází ke tvorbě meziřetězcových spojek typu Schiffových bází obsahujících dvě azomethinové skupiny na jednu spojku, přičemž rozsah síťování se v závislosti na použitém činidle pohybuje od 20 do 100 %. Dále byla prokázána možnost účinného postpolymerizačního síťování rozpustného lineárního poly[N-(4-ethynylbenzyliden)-4-terc-butylanilin]u pomocí transiminační reakce s 1,4-fenylendiaminem opět za vzniku spojek typu Schiffových bází obsahujících dvě azomethinové skupiny na jednu spojku. Porovnání parametrů kovalentní struktury a textury připravených sítí ukázalo, že postpolymerizační síťování využívající kondenzační reakce poly(3-ethynylbenzaldehyd)u s diaminy může za optimálních podmínek poskytnout polymerní sítě s mikroporézní texturou se specifickým povrchem až 279 m2 /g. Pro dosažení mikroporézní textury bylo nutné použít...
|
|
|
Magnetické biokompozitní materiály pro odstranění významných xenobiotik z vodních systémů
BALDÍKOVÁ, Eva
Teoretická část předložené dizertační práce poskytuje ucelený pohled na problematiku přípravy a následného využití magnetických derivátů biologických materiálů pro separace xenobiotik z vod. Pozornost je zaměřena zejména na magnetickou modifikaci odpadních materiálů či vedlejších produktů zemědělského a potravinářského průmyslu, které reprezentují široce dostupné materiály za minimální cenu, a také na mikrobiální buňky. Kromě popisu přípravy magnetických částic a jednotlivých dostupných technik magnetické modifikace je zde uvedena stručná charakteristika vybraných polutantů a rozsáhlý tabulkový přehled využití biomateriálů s adekvátní magnetickou odezvou pro biosorpce organických barviv, těžkých kovů, farmaceutických preparátů a přípravků osobní péče společně s všudypřítomnými průmyslovými endokrinními disruptory a v neposlední řadě také ropných derivátů. Experimentální část se zabývá přípravou a optimalizací nových typů magnetických materiálů. Důraz je kladen na využití jednoduchých, rychlých a zároveň cenově přijatelných magnetizačních technik (např. postmagnetizace magnetickými oxidy železa připravenými pomocí mikrovlnného záření či jednokroková modifikace magnetickými kapalinami). Vybrané rostlinné materiály (ječná a žitná sláma) byly chemicky modifikovány za účelem významného (až pětinásobného) navýšení maximálních adsorpčních kapacit pro testovaná barviva. Veškeré připravené biomateriály vykazovaly dobrou magnetickou odezvu a zároveň relativně vysokou adsorpční kapacitu pro vybraná xenobiotika v testovaných podmínkách. Byly studovány faktory významně ovlivňující adsorpci, jako je pH, počáteční koncentrace, inkubační doba či teplota. Adsorpční rovnovážná data byla vyhodnocena pomocí Langmuirova, Freundlichova či Sipsova modelu. Experimentální data z časové závislosti byla analyzována pomocí vybraných kinetických modelů, konkrétně modelu pseudo-prvního a pseudo-druhého řádu a intračásticového difúzního modelu. Termodynamické parametry (Gibbsova volná energie, entalpie a entropie) popisující povahu adsorpce byly taktéž zahrnuty do studie.
|
|
|
Theoretical Investigation of Mechanisms of Chemical Reactions Taking Place in Microporous Materials
Položij, Miroslav
Pomocí výpočetních metod byly zkoumány mechanismy tří chemických reakcí: Friedländerovy a Knoevenagelovy reakce katalyzované organokovovým materiálem (tzv. "metal- organic framework") Cu3BTC2 a intramolekulární cyklizace nesaturovaných alkoholů katalyzovaná zeolitem H-ZSM-5. Bylo zjištěno, že reakční mechanismus všech tří reakcí je ovlivňován vysokou koncentrací aktivních míst v použitých katalyzátorech. Vysoká koncentrace adsorpčních míst dovoluje interakci reakčních intermediátů s více aktivními místy zároveň. V případě Friedländerovy a Knoevenagelovy reakce dochází ke snížení aktivačních bariér v důsledku interakce reakčních intermediátů se dvěma katalyticky aktivními místy současně. Opačný efekt byl nalezen pro cyklizaci alkoholů v zeolitu, pro kterou bylo zjištěno, že současná interakce s dvěma aktivními místy zvedne aktivační bariéru reakce a zároveň omezí difúzi uvnitř zeolitu. Studie reakčního mechanismu Knoevenagelovy reakce odhalila (doposud nepopsanou) dynamickou tvorbu defektů v mříži organokovového materiálu. Tento defekt následně katalyzuje Knoevenagelovu reakci. Oba nově popsané efekty nabízí interpretaci dalších vlastností mikroporézních katalyzátorů s vysokou koncentrací aktivních míst.
|
host ::
RSS.