Membrane modifications through nanotechnology

Předložená disertační práce je zaměřena zejména na povrchové modifikace komerčně dostupných ultrafiltračních membrán a na přípravu polyethersulfonových ultrafiltračních membrán s tzv. smíšenou matricí. Komerční ultrafiltrační membrány byly modifikovány prostřednictvím tří různých metod; metodou založenou na difuzi iontů stříbra s jejich následnou redukcí a tepelnou stabilizací, metodou založenou na polyethyleniminové imobilizaci nanočástic stříbra do membránové struktury a metodou tepelně-tlakové laminace nanovlákenné vrstvy s obsahem nanočástic stříbra, jejíž příprava byla rovněž cílem této práce. Ačkoli se podařilo připravenou nanovlákenou vrstvu na membránový povrch zafixovat s dostatečnou pevností a minimální ztrátou morfologie, bylo pozorováno významné vyplavování stříbra z nanovláken. Optimalizací podmínek přípravy, zejména volbou vhodného prekurzoru nanočástic stříbra (disperze behenátu stříbrného), se podařilo minimalizovat vyplavování stříbra z nanovlákenné vrstvy, čímž byly zároveň prodlouženy antimikrobiální vlastnosti této vrstvy. S výjimkou modifikace membránového povrchu prostřednictvím nanovláken bylo dosaženo poklesu tendence k zanášení, tedy snížení adherace nežádoucích složek na povrch membrány. Ta představuje zásadní negativní jev membránových technologií při filtraci vod s obsahem organických látek, včetně mikroorganismů.Pro přípravu polyethersulfonových membrán se smíšenou matricí byly kromě nanočástic stříbra použity také nejrůznější komerční a disperzní nanočástice, u nichž se předpokládal antimikrobiální efekt. Zejména přídavek nanočástic oxidu měďnatého a disperzních nanočástic oxidu titaničitého s přídavkem stříbra v polymerní matrici, vedl k membránám vykazujícím nižší tendenci k zanášení membránového povrchu při zachování jejich selektivity. U těchto membrán bylo dále pozorováno zvýšení hydrofility a stabilita aditiv v polymerní matrici.Dosažené výsledky prezentované v této disertační práci naznačují aplikační potenciál těchto kompozitních a modifikovaných membrán, například pro filtrace odpadních vod s vysokým obsahem nerozpuštěných látek a mikroorganismů.This thesis is focused on the surface modification of commercially available ultrafiltration membranes and on the preparation of mixed matrix polyethersulfone membranes for ultrafiltration. Commercial ultrafiltration membranes were modified by three different methods; one based on the diffusion of silver ions with their subsequent reduction and thermal stabilization; other based on polyethylenimine immobilization of silver nanoparticles in the membrane structure and the last method is based on thermal-pressure lamination of nanofibrous layers containing silver nanoparticles whose preparation is also an objective of this work.Although the nanofiber layer was fixed on the membrane surface with sufficient adhesion and minimum loss of morphology, significant leaching of silver from nanofibre layer was observed. By optimizing conditions of preparation, particularly the choice of a suitable precursor of silver nanoparticles (silver behenate dispersion), the silver leaching from nanofibrous layer was minimized and thereby antimicrobial properties were prolonged. Membranes used for the filtration of wastewater suffer from fouling by organic matter and microorganisms which limits the membrane performance significantly. With the exception of membranes with surface modified by nanofibers the surface modifications of commercially available membranes led to fouling mitigation, i.e. reducing adherence of undesirable components on the membrane surface. For mixed matrix polyethersulfone membranes preparation the addition of various commercially available and dispersed nanoparticles with antimicrobial properties was investigated. In particular, the addition of copper oxide nanoparticles and dispersed nanoparticles of titanium dioxide with the silver addition to polymer matrix led to membranes with lower tendency to surface fouling while maintaining their selectivity. These membranes exhibited improved hydrophilicity and stability of additives in the polymer matrix.Achieved results presented in this thesis indicate the application potential of these membrane composites and modified membranes, e.g. for the wastewater filtration with high content of suspended solids and microorganisms

Comparation of two different approaches in chemical reaction in aqueous solutions

katedra: NTI; přílohy: CD ROM; rozsah: 107 s.Cílem této diplomové práce bylo srovnání svou přístupů v hledání chemické rovnováhy ve vodných roztocích elektrolytu. Zkoumanými přístupy byly minimalizace Gibbsovy energie za předpokladu splnění omezujících podmínek a přístup vedoucí na soustavu nelineárních algebraických rovnic rovnovážných konstant. Systém, ve kterém jsme hledali chemickou rovnováhu, byl pro účely zkoumání těchto přístupů uzavřený a izotermicky-izobarický. V něm jsme hledali rovnovážné složení pro potenciály látek mimo standardní stavy a pro aktivitní modely rozšířeného Debye-Hűckelova a Daviesova generalizovaného vztahu. Přístupy byly též zkoumány pro jednotkové aktivitní koeficienty. K dosažení výsledků jsme nejprve využili sadu testovacích úloh a na základě zjištěných odchylek navrhli vhodnou testovací úlohu s proměnnou iontovou silou. Výsledky potom vedly na zobecnění neekvivalence a jejich možné vysvětlení. Součástí práce bylo i testování programů pracujících z hlediska rovnováhy na těchto dvou odlišných principech. První založený na nestechiometrické optimalizaci, který v sobě zahrnuje zobecněný minimalizační přístup a druhý program založený na stechiometrickém přístupu nelineárních soustav rovnovážných konstant. Programy byly testovány pro porušené počáteční podmínky na intervalu mezi výchozím stavem a rovnováhou k posouzení vlivu na rychlost výpočtu a počet iterací. Programy byly též testovány pro sadu kinetických úloh, jelikož i v této implementaci se oba lišily. Závěrem je pak shrnutí porovnávaných přístupů i srovnání testovaných programů.Aim of this thesis was to compare two approaches to find the chemical equilibrium in aqueous electrolytic solutions. One of the inspected approaches was minimalization of Gibbs energy with constrains, the other one leads to scheme of nonlinear algebraic equation of equilibrium constants. The system in which we find the equilibrium was for this purpose a closed one with premise of isothermal-isobaric conditions. In this system we seek the equilibrium for potentials of matters beyond its standard state and with activity models of extensive Debye-Hűckel and generalized Davies relations. For comparison we also use the unit activity coefficient model. To attain the result we firstly use a set of testing tasks and upon the observed differences location of we propose a suitable testing task with parameter of a ionic strength. Results of these tests lead to the generalization of inequality and its possible explanations. A Part of this thesis was also to test two programs working on these different equilibrium approaches. One is based on nonstechiometric optimalization principle and implements generalized minimalization procedure, the other one is stechiometric based which has an implementation of nonlinear equation system of equilibrium constants. These two were tested for disturbed initial conditions on interval between the initial and equilibrium state to find out the influence on calculation time and on number of iterations. A final part is focused on program tests on the set of chemical kinetics, because also in this case these programs work on different techniques. At the very end we make a summarization of these two approaches and comparisons of testing of diverse programs

Computation and Measurement of Inductance at the Electromagnetic Generator of Vibrations

katedra: KEL