UACH > VÝZKUM > Nové materiály pro udržitelné životní prostředí > Degradace bojových chemických látek a environmentálních polutantů

Degradace bojových chemických látek a environmentálních polutantů

Kontaktní osoba: Jiří Henych

Reaktivní sorbenty a fotokatalyzátory

Nanostrukturní oxidy vybraných kovů (Ti, Ce, Mn, nebo Fe) jsou schopné účinně vázat a chemicky přeměňovat vysoce toxické látky (jako jsou nervově paralytické látky Sarin, Soman nebo některé pesticidy) na neškodné produkty díky svému vysoce aktivnímu povrchu nebo vlivem vhodného (slunečního) záření pomocí fotokatalytického rozkladu. Používáme nenáročné syntézní metody k přípravě jednosložkových a směsných nanooxidů, a hlouběji studujeme jejich vlastnosti a reaktivitu a objasňujeme mechanismus degradace toxických látek na jejich povrchu. 

Obr. 1: Schématické znázornění nanokompozitu TiO2 s nanodiamanty a jeho použití k světlem indukované degradaci organických polutantů

Připravujeme nové kompozitní materiály složené z nanočástic oxidů kovů a populárních, ale stále neprobádaných 2D nanomateriálů (jako je grafen) nebo jiných nízkodimenzionálních struktur (např. grafenové kvantové tečky, nanodiamanty), které připravujeme námi vyvinutou technologií využívající vysokovýkonný ultrazvuk. Jsme plně vybaveni pro hydrotermální, roztokové, mikrovlnné, sonochemické a solid-state laboratorní syntézy, ale využíváme i vysokoobjemové reaktory (15, 50, 100 L) při zvyšování měřítka vybraných syntéz. K přípravě nízkodimenzionálních struktur (včetně grafenu nebo kvantových teček) metodou top-down a sonochemickým syntézám využíváme dva vysoce výkonné ultrazvukové systémy (1kW a 2kW) s vodou chlazenými reaktory a kontrolou teploty.

Obr. 2: Nanokompozity grafenoxidu s dvěma různými typy nanočástic TiO2

Jsme schopni studovat nanomateriály pomocí špičkových elektronových mikroskopů (SEM a TEM) s prvkovým mapováním, moderním mikroskopem atomárních sil (AFM), nebo různými spektroskopickými metodami (FTIR, Raman, UV-Vis). Pro studium reakčních mechanismů (foto)degradačních reakcí kombinujeme metody HPLC/DAD, GC-MS a in situ DRIFT spektroskopii.

Na výzkumných tématech spolupracujeme především s Fyzikálním ústavem AV ČR, v.v.i. (výzkum nanodiamantů), s Univerzitou J.E. Purkyně v Ústí nad Labem (degradace environmentálních polutantů a nové aplikace oxidu ceričitého), Vojenským výzkumným ústavem v Brně, s.p. a Státním ústavem jaderné chemické a biologické obrany, v.v.i. (degradace bojových chemických látek), Univerzitou v Uppsale (studium fotoindukovaných povrchových chemických reakcí in situ), Bulharskou akademií věd (nanostrukturní oxidy), VŠB Ostrava (fotokatalytické materiály), aj. 

Obr. 3: Snímky nanostrukturních materiálů získaných skenovacím elektronovým mikroskopem (SEM)

Obr. 4: 1kW ultrazvukový sonifikátor s tlakovým, míchaným, vodou chlazeným reaktorem a teplotním čidlem

Obr. 5: Ultrazvukem delaminovaný grafenový list

Publikace

J. Henych, M. Šťastný, Z. Němečková, K. Mazanec, J. Tolasz, M. Kormunda, J. Ederer, P. Janoš. Reactive adsorption and photodegradation of soman and dimethyl methylphosphonate on TiO2/nanodiamond composites. Chem. Eng. J. 2021, 414, 128822.

M. Šťastný, G. Issa, D. Popelková, J. Ederer, M. Kormunda, S. Kříženecká, J. Henych. Nanostructured manganese oxides as highly active catalysts for enhanced hydrolysis of bis(4-nitrophenyl)phosphate and catalytic decomposition of methanol. Catal. Sci. Technol. 2021, 11, 1766-1779.

J. Henych, Š. Stehlík, K. Mazanec, J. Tolasz, J. Čermák, B. Rezek, A. Mattsson, L. Österlund. Reactive adsorption and photodegradation of soman and dimethyl methylphosphonate on TiO2/nanodiamond composites. Appl. Catal. B-Environ. 2019, 259, 118097.

J. Henych, A. Mattsson, J. Tolasz, V. Štengl, L. Österlund. Solar light decomposition of warfare agent simulant DMMP on TiO2/graphene oxide nanocomposites. Catal. Sci. Technol. 2019, 9 (8), 1816-1824.

J. Henych, V. Štengl, A. Mattsson, J. Tolasz, L. Österlund. Chemical warfare agent simulant DMMP reactive adsorption on TiO2/graphene oxide composites prepared via titanium peroxo-complex or urea precipitation. J. Haz. Mat. 2018, 359, 482-490.