Sorpční materiály na bázi oxidů přechodných kovů
V rámci individuální aktivity 03 bude dokončeno srovnání a výběr vhodného reaktivního sorbentu a bude navržena technologie jeho přípravy v provozním měřítku. Na pilotním pracovišti řešitele (Pilotní Centrum) bude tato technologie dlouhodobě (opakovaně) testována tak, aby bylo možno získat technologické podklady pro realizaci výroby a technicko-ekonomické podklady pro komercionalizaci technologie. Tím bude sorbent připraven pro fázi komercionalizace. Tato individuální aktivita využívá výsledku několikaletého základního výzkumu prováděného na pracovištích řešitele i partnera zaměřeného na přípravu, charakterizaci a testování různých typu sorpčních nanostrukturních materiálu, označovaných jako „reaktivní sorbenty“, které mají mimo adsorpčních vlastností také schopnost některé typy látek chemicky rozkládat. Tyto vlastnosti je předurčují k aplikacím při dekontaminaci povrchu po ekologických haváriích, dekontaminaci provozních kapalin při autonehodách, dekontaminaci bojových otravných látek při teroristickém útok.
Reaktivní sorbenty
Bylo prokázáno, že některé oxidy kovu mají schopnost nejen adsorbovat značná množství chemických látek, ale dokážou některé typy látek chemicky rozkládat, a proto se pro ne používá název „reaktivní sorbenty“. Jde většinou o oxidy přechodných kovu, mezi nejúčinnější patří oxidy typu M1M2Ox, kde M1 a M2 jsou kationty kovu v různých oxidačních stupních, úspěšně se používají též oxidy kovu dopované jinými prvky (napr. TiO2 dopovaný Zr). Bylo prokázáno, že tyto sorbenty jsou schopny velmi účinně a rychle rozkládat bojové chemické látky (BCHL) nervově paralytické (organofosfáty jako sarin, soman, VX aj.), organofosforečné pesticidy i některé látky jiného typu (yperit). Mechanismus degradace organofosfátů v přítomnosti reaktivního sorbentu je ilustrován na příkladě organofosfátu parathion metylu a reaktivního sorbentu na bázi CeO2 na obrázku níže (Obr. 1).
Na obou pracovištích je k dispozici rada materiálu tohoto typu, jsou rovněž vypracovány metody jejich přípravy, soubor metod pro jejich charakterizaci včetně metod pro testování jejich degradační účinnosti (v případě testování degradace BCHL se využívá externí specializované pracoviště).
Testování účinnosti reaktivních sorbentů
Účinnost vyrobených sorbentů bude testována na základě kinetických měření rozkladu zvolených organofosfátů pomocí nejméně dvou separačních systémů. Základní experiment pro měření kinetiky rozkladu organofosfátu na sorbentu sestává v nanesení zásobního roztoku pesticidu ve zkoumaném rozpouštědle na daný sorbent, čím se zahájí proces degradace organofosfátu. V předem zvolených časech se degradace cíleně zastaví přídavkem vhodného činidla (např. metanolu). Reakční směs se odstřeďuje, čím se oddělí supernatant od sorbentu. Sorbent se ještě extrahuje 1x isopropanolem a 3x metanolem, aby se převedli do roztoku látky, které by mohli zůstat sorbované na povrchu reaktivního sorbentu po degradaci organofosfátu. Všechny extrakty spolu se supernatantem se převedou do jedné odměrné baňky, která se doplní na definovaný objem metanolem. Kombinovaný extrakt se přímo analyzuje HPLC-UV, případně UV/VIS spektrofotometrií. Monitoruje se úbytek organofosfátu versus nárůst produktů degradace, kdy se většinou jedná o jeden dominantní produkt. Proces testování účinnosti reaktivních sorbentů na příkladu CeO2 a organofosfátu parathion metylu názorně vystihuje schéma na obrázku 2.
Výběr vhodného sorbentu
Ve finální fázi aktivity 03 bude provedeno srovnání různých typu reaktivních sorbentu na základě měření jejich degradační účinnosti a budou vytipovány vhodné materiály pro potenciální komerční využití. Současně bude perena, případné upravena technologie pro jejich přípravu (scaling up) a bude připraven funkční vzorek (vzorky) pro testování jeho (jejich) účinnosti a použitelnosti při sanačních a dekontaminačních pracích.