|
|
Analysis of biodegradable polymers in soils
Paluchová, Natálie ; Řezáčová, Veronika (referee) ; Kučerík, Jiří (advisor)
Currently, there is a growing interest in usage of biodegradable polymers, regardless of their possible risk of generation of residues. The methods that are used for determination of residues usually include pre-treatment and are expensive and time consuming. Therefore, this bachelor thesis focuses on the development and verification of analytical method that would identify and quantify of biodegradable polymer residues in soils to eliminate the problems arising from sample pre-treatment. Therefore, thermogravimetry, which appears to satisfy the above conditions, was used for the analysis. The area of polymer degradation in three types of soils during thermal oxidation and the effect of polymer on soil during the analysis was investigated. Poly(3 hydroxybutyrate) was chosen to be the representative biodegradable polymer and there were two approaches used to its detection and quatification. The methods were tested for 6 concentrations of poly(3–hydroxybutyrate) (0,1; 0,5; 1; 2; 3; 5 %). The first approach concentrated on the usage of polymer analysis in the presence of a blank (without contaminat), which was subtracted from the blank. Using this method, the temperature interval of polymer degradation and weigh loss changes in this interval were observed. The second method focused on a soil universal model, that allows the identification and quatification of samples when the blank is not present. The blank is simulated by 19 equations, that allow the identification of intervals, in which degradation of samples occurs and also it provides the possibility to determinate the type of the polymer. However, the principle component analysis indicated that the method is sensitive to the type of soil and therefore it needs adjustments. Samples were incubated for 4 months, to verify the sensitivity of the method, in case of partial or complete decomposition of samples by soil microorganisms,. Thereafter, the concentrations of poly(3-hydroxybutryrate) in soil determined by respirometry and thermogravimetry were compared. The results indicated that accelerated degradation caused by poly(3-hydroxybutrylate) or contamination of the sample with the surrounding atmosphere during respiration may have occurred. Residual poly(3–hydroxybutyrate) was thermogravimetrically verified and results were compared to respirometry. According to the results it can be observed that there was an interaction between the soil organic matter and biota or contamination of the sample with the surrounding atmosphere. The results revealed, that there is a possibility of determination of biodegradable polymers in soils by thermogravimetric analysis. There are good results using the blank method, but it is limited by the existence of a blank. The method that is using the soil universal model (without blank) has a great potential in the future, but adjustments still need to be done.
|
|
|
Influence of biodegradable polymers microplastics on properties of soil organic matter
Denková, Pavla ; Řezáčová, Veronika (referee) ; Kučerík, Jiří (advisor)
The microplastics contamination is an issue observed in all environmental compartments. Currently, the trend is to replace the synthetic polymers by biodegradable ones, which are expected to degrade faster due to omnipresent microorganisms. However, this assumption may not correspond with the reality. In nature, biodegradation can last long or not whatsoever and the microparticles of biodegradable polymers can remain in soil the same way as particles of synthetic polymers. The effect of microparticles of biodegradable polymers on soil´s biota has already been studied, but the effect on the properties of soil and water in the soil has not been elucidated yet. This thesis deals with the influence of microparticles of biodegradable plastics on the physico-chemical properties of soil organic matter, especially on the behavior of water in the soil system under arid and semiarid conditions. Microparticles of poly(R-3-hydroxybutyrate), abbreviated as P3HB, were used as a model biodegradable polymer and were introduced into the soil in various concentrations. To determine the evaporation enthalpy of water and stability of water bridges that affect (stabilize) the physical and chemical structure of soil organic matter Differential Scanning Calorimetry (DSC) was used. Simultaneously was also measured their effect on water holding capacity of soil organic matter. Under experimental conditions, P3HB microplastics were found to reduce evaporation enthalpy, which facilitates drying of soil organic matter. Nevertheless, their effect on final water holding capacity was relatively low. Besides, we observed a negative effect on the stability of water molecule bridge that connect segments of soil´s organic components. Thus, P3HB microparticles in soil could pose a risk due to their influence on the water retention mechanism in soil under arid and semiarid conditions.
|
|
|
FTIR and NIR applications for soil analysis
Mešková, Michala ; Kučerík, Jiří (referee) ; Doležalová Weissmannová, Helena (advisor)
This diploma thesis focuses on the use of infrared spectrometry methods for the analysis of soil samples. The aim of this work was to compare and analyze the soil using the ATR (Attenuated Total Reflectance) and DRIFTS (Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform Spectroscopy) methods and to evaluate the effectiveness of these methods for soil analysis. The results showed that the ATR method is not sufficiently effective and the DRIFT method was used for soil analysis, which proved to be more suitable for the analysis of soil samples.
|
|
|
Nanoparticles of platinum metals in the environment
Berka, Michal ; Kučerík, Jiří (referee) ; Komendová, Renata (advisor)
Platinum nanoparticles, mainly released from automotive catalysts, pose a potential risk to the environment. The aim of this bachelor thesis is to investigate the effect of platinum nanoparticles on soil properties at different humidities. Specifically, how nanoparticles affect the stability of hydrogen bridges, the stability of aliphatic crystals, and water retention in soil. For the analysis of relations between platinum nanoparticles, water and soil, a method of thermal analysis was used, namely differential scanning calorimetry. The theoretical part is devoted to the general introduction to platinum metals and nanoparticles. And the preparation of nanoparticles, their characterization and their properties. The result of the experiments is that platinum nanoparticles affect the soil properties relatively significantly.
|
|
|
EPR study of radical reactions initiated by the decomposition of selected types of peroxy compounds
Krkošková, Petra ; Kučerík, Jiří (referee) ; Omelka, Ladislav (advisor)
The products of the decomposition of selected types of peroxo compounds in the presence of redox agents (Pb and Co compounds) were investigated by EPR method. Besides some commercial peroxides the study was performed with peroxo compounds of Luperoxide group (Luperox 101, Luperox 256, Luperox 531). For the detection of the decomposition products the technique of spin-trapping using nitrosobenzene was applied. EPR spectra of radical adducts formed by the reaction of the reactive oxygenous radicals with nitrosobenzen having the character of stable nitroxyl radicals were analyzed. Their EPR parameters were obtained by simulation method. Besides the addition to nitrosobenzene the generated oxygen centered radicals were proved also on the basis of their reaction with model compounds (Santonox R; 2,6–ditercbutyl–4–methylphenol; diphenylamine).
|
|
|
Production, Characterization and Design of Applications of Regenerated Humic Acids
David, Jan ; Grasset, Laurent (referee) ; Taraba, Boleslav (referee) ; Novotná, Miroslava (referee) ; Kučerík, Jiří (advisor)
Předkládaná disertační práce se zabývá huminovými látkami (HL), zejména huminovými kyselinami a jejich solemi, tj. humáty. V práci je prezentována literární rešerše o huminových látkách, stručně je zmíněna historie výzkumu huminových látek, obsáhle jsou pak prezentovány práce o jejich struktuře a supramolekulovém uspořádání. Jsou též zmíněny metody extrakce huminových látek z různých zdrojů. Dále jsou v tomto pojednání zařazeny a diskutovány práce zabývající se biologickými „hormonálními“ vlastnostmi HL. Z hlediska chemie životního prostředí jsou zmíněny zejména sorpční vlastnosti HL. Popsané průmyslové aplikace HL pak zahrnují celou řadu patentů a publikovaných prací, zabývající se využitím huminových látek jakožto barviv či přísad do polymerů, atd. V experimentální části je popsána příprava regenerovaných lignitů, z nichž jsou dále extrahovány huminové kyseliny a připraveny huminové soli, tzv. humáty. Princip regenerace spočívá v oxidaci původního lignitu širokou koncentrační řadou kyseliny dusičné a peroxidu vodíku. K charakterizaci získaných huminových materiálů je výhodně použit nový přístup, kdy jsou kombinovány výsledky z analýz chemických (elementární analýza, infračervená spektroskopie, termogravimetrie) a fyzikálně-chemických (dynamický rozptyl světla, spektrometrie relaxační nukleární magnetické rezonance, vysoceúčelná velikostně-vylučovací chromatografie a fluorescenční spektrometrie se zhodnocením hydratace humátů pomocí vysocerozlišovací ultrazvukové spektrometrie a hustoměru). Tyto metody jsou navíc položeny do kontextu s charakterizací biologické aktivity humátů, která je provedena pomocí modifikované metody založené na měření délky a hmotnosti kořenů kukuřice a laterálních kořenů. V závěru je použit statistický přístup s využitím Pearsonova korelačního koeficientu a jsou též (na základě výsledků pilotních studií) navrženy dvě potenciální environmentální aplikace regenerovaných huminových materiálů – sorpce antibiotika tetracyklinu a využití regenerovaného lignitu jako zdroje zkvasitelných cukrů.
|
|
|
Water-cation bridges in soil organic matter
Starostová, Anna ; Komendová, Renata (referee) ; Kučerík, Jiří (advisor)
Degradace půdy zasolováním, zvyšující se teplota a následný úbytek mnonžství srážek v posledních letech vedou k rozšiřování aridních a semi-aridních oblastí (v současnosti pokrývají třetinu pevniny Země). Navíc představují globální environmentální problémy, které, pokud se nebudou správně řešit, můžou vést k vážné celosvětové krizi. V této diplomové práci jsme propojili tato témata a zaměřili se na lepší porozumění role sodných kationtů na vazbu vody v půdní organické hmotě v aridních a semi-aridních podmínkách. Náš cíl byl prozkoumat proces vzniku a stabilitu vodních molekulových můstků a vodních-kationických můstků v půdní organické hmotě, sílu vazby a množství vázáné vody v půdě za využití diferenční kompenzační kalorimetrie. Nasycení sodnými kationty bylo studováno ve dvou koncentračních oblastech. Na simulaci přirozených podmínek v půdách bylo použito nasycení vazebných míst sodnými kationty do 100% a nasycení nad 100% reprezentovalo vysoce zasolené půdy. Výsledky potvrdily význam schopnosti půdy získávat vodu ze vzdušné vlhkosti, podíl vody v půdě vzrůstal s relativní vlhkostí. Vyšší podíl vody v půdě pak způsoboval snížení síly vazebných interakcí, což bylo interpretováno jako fakt, že rovnováha mezi půdní a vzdušnou vlhkostí vede k optimální vlhkost půdy. Přítomnost sodných kationtů ve vzorcích do nasycení 100% měla na množství vody zanedbatelný vliv, ale v přesycených vzorcích umožňovala navázání většího množství vody. V přesycených vzorcích bylo také pozorováno zvýšení síly vazebných interakcí mezi půdou a vodou, což vede k její větší zádrži. Molekulové můstky byli stabilnější ve vzorcích, které obsahovaly Na+. Nejvyšší stabilita byla pozorována u 10% nasycených vzorcích, další zvyšování Na-saturace pak již vedlo k snižování stability molekulových můstků. Hlavním výstupem práce je, že tvorba vodních-kationických můstků stabilizuje půdní strukturu a že má vlyv na sílu a množství vody vázané v půdě, což představuje klíčové aspekty kvality půdy. Je potřebný rozsáhlejší výskum tohoto tématu, aby získané výsledky pomohli optimalizovat půdní manažment v aridních oblastech a také v ostatních oblastech, kde dochází k degradaci půdy.
|
|
|
Relationship between thermo-oxidative stability and soil quality indicators
Svatoň, Karel ; Doležalová Weissmannová, Helena (referee) ; Kučerík, Jiří (advisor)
This diploma thesis focuses on the use of thermogravimetry as quick and low-cost method in the analysis of soil quality. Most of the currently used methods for analyzing some soil properties are, unlike thermogravimetry, demanding especially for pretreatment and analysis time. Previous research has shown an interesting correlation between thermogravimetry data and some soil properties, but to obtain these correlations, it is necessary to keep the analyzed soils at 76% relative humidity. The aim of this work was to determine whether similar correlations can also by achieved at lower relative humidities. Therefore, soil samples in this work were thermogravimetrically analyzed at 43% relative humidity. That humidity is closer to laboratory conditions and it is also easier to be reached by most of commercially available thermogravimeters. Next aim of this thesis was to find whether thermogravimetric data correlate with other soil properties, especially microbiological indicators of soil quality. Results showed that thermogravimetry of soil samples correlates with standard methods even at 43% humidity. Furthermore, it was found that they also correlate with selected microbiological parameters, such as anaerobic ammonification or urease activity. These results suggest the possibility of using thermogravimetry analysis at broader spectrum of soil properties, without the need for pretreatment of samples and at different (relevant) soil moisture.
|
|
|
The hydration of hyaluronic acid
Průšová, Alena ; Šimon, Peter (referee) ; Kučerík, Jiří (advisor)
Hydratace patří mezi nejdůležitější faktory ovlivňující sekundární strukturu a tím i funkci molekul v živých systémech. Díky vysoké afinitě tvoří molekuly vody specifické struktury jejichž složení a fyzikální vlastnosti jsou ovlivněny přítomností studované látky. Hyaluronan patří mezi biomolekuly s obrovskou schopností vázat a zadržovat vodu. Cílem této práce bylo prozkoumat hydratační vlastnosti hyaluronanu o různé molekulové hmotnosti a vyčíslit množství molekul vody v jednotlivých hydratačních vrstvách. V první části práce byla využita metoda diferenční kompenzační kalorimetrie. V druhé části diplomové práce, na základě rozdílné kompresibility, byla vázaná voda studována metodou vysoko rozlišovací ultrazvukové spektroskopie.
|
|
|
Determination of PLA microplastics in soil by using pyrolysis methods
Románeková, Ivana ; Mravcová, Ludmila (referee) ; Kučerík, Jiří (advisor)
Nowadays, plastic waste poses one of the greatest risks to the environment. Plastics affect the environment at all stages of their life cycle. Bioplastics have become widely used as a substitute for conventional plastics, without detailed examination of their behavior in real environmental conditions. As a result, it is assumed that they can accumulate in the environment and the question arose as to how to identify them. The main goal of this thesis is to develop a method based on sample pyrolysis that is suitable for the identification and determination of the amount of PLA microplastics in soil and other solid matrices. Three types of soils and sludge were used for analysis. These matrices were spiked to obtain concentration ranges 0,2% - 5,0%. The pyrolysis resulted in evolution of gases with the signals m/z 29, 43 and 44, witch originated from PLA and are suitable for qualitative and quantitative analysis. Analysis of PLA in sludge was more complicated due to similarity of gases evolved from pure matrices. We tested three approaches based on analysis of signal´s peak areas, intensities and temperatures of gas evolution. While the first approach failed, the last two approaches appeared to be promising for qualitative and quantitative analysis of PLA in the sludge. Several methods suitable for qualitative and quantitative analysis of even very small amounts of PLA in soils and sludge have also been designed/developed. These methods were based on analysis of the composition and dynamics of the released gases and the characterisctic degradation temperatures.
|
guest ::
