Monitorování koncentrace oxidů uhlíku v Laboratoři spektroskopie

SP2017/127

Válek Václav Ing.

prof. Ing. Zdeněk Zelinger, CSc.

01. 01. 2017 - 31. 12. 2017

Monitorování oxidů uhlíku ve vnitřních i vnějších prostředích představuje stále aktuální téma pro základní a aplikovaný výzkum motivovaný bezpečností nebo enviromentální problematikou. Kromě dobře známých oxidu uhlíku (CO2 a CO), které jsou běžně přítomny v produktech spalování uhlovodíkových paliv nebo biomasy, mohou chemickými reakcemi v prostředí plamene nebo uvnitř speciálně koncipovaných laboratorních reaktorů vznikat také méně stabilní plynné látky jako například suboxid uhlíku (C3O2) nebo C2O radikál vyznačující se poměrně krátkou dobou života (vysokou reaktivitou). Spektroskopická identifikace a studie chemických látek tohoto typu je dlouhodobě předmětem výzkumu našeho řešitelského týmu. Z hlediska bezpečnosti nelze pominout pravděpodobnost výskytu zvýšené koncentrace oxidu uhelnatého v pracovním prostředí při řešení předmětných experimentálních úloh. Navrhovaný projekt SGS je zaměřen na problematiku monitorování koncentrace oxidů uhlíku (především CO) v podmínkách Laboratoře spektroskopie na Fakultě bezpečnostního inženýrství. Vývoj a implementace nových typů senzorových systémů a sítí v tomto kontextu směřuje ke zvýšení aplikačního potenciálu daných technologii a nástrojů v oblasti bezpečnosti. Klíčové aktivity budou spojené s implementací senzorových technologií pro monitorování koncentrace oxidu uhelnatého v simulovaném prostředí (uzavřeném prostoru). Tyto aktivity budou zahrnovat zejména přípravu, realizaci a vyhodnocení experimentu prováděného v laboratorním měřítku. Detekce bude prováděna systémem variabilních sestav senzorového uzlu, a to za dobře definovaných (opakovatelných) podmínek. Nutným předpokladem k řešení projektu je revize systému bezpečnosti práce v laboratoři spektroskopie spojená s identifikací rizik s ohledem na prováděné aktivity projektu. Prvotní činností výzkumu bude řešení bezpečnosti práce v laboratoři s ohledem na možnost výskytu zvýšené koncentrace oxidu uhelnatého a na nebezpečí vyplývající z práce se zdroji laserového záření, které budou následně využity v rámci experimentální instrumentace. Další klíčovou aktivitou projektu bude zkonstruování (návrh, výroba a testování) zařízení pro generaci multi-komponentní směsi plynů a par s výskytem CO, např. na základě čisté nebo oxidativní pyrolýzy vhodných prekurzorů. Na tuto činnost bude navazovat experimentální část projektu zahrnující provedení sady měření s využitím: (i) komerčně dostupných autonomních sensorů CO; (ii) sensorů CO s využitím mikropočítačových jednotek, např. platformy ARDUINO; (iii) spektroskopicky založeného analyzátoru oxidů uhlíku. Výsledky měření a poznatky získané na základě jejich interpretace poslouží především jako podklad pro vypracování disertační práce hlavního řešitele projektu a jako podklady pro související publikační aktivity řešitelského týmu. Měřitelným výstupem projektu bude jeden článek odeslaný k recenznímu řízení do odborného časopisu zařazeného v databázi Scopus. Navíc budeme usilovat o publikaci dílčích výsledků projektu v impaktovaném periodiku (předpokládáme spoluautorství alespoň 3 členů řešitelského týmu v rámci jednoho článku).

Ing. Petr Bitala, Ph.D.
doc. Ing. Václav Nevrlý, Ph.D.
Ing. Jan Suchánek, Ph.D.
Ing. Michal Dostál, Ph.D.
Ing. Martina Šeděnková
Ing. Václav Válek
Bc. Daniela Goldmannová
Ing. Václav Válek
prof. Ing. Zdeněk Zelinger, CSc.

Cílem studentského projektu je návrh opatření a vývoj prostředků pro zvýšení bezpečnosti práce v Laboratoři spektroskopie a ověření možnosti výskytu zvýšených koncentrací oxidu uhelnatého při experimentech zabývajících se procesy hoření a hašení (např. diagnostikou prostředí plamene).
Hlavního cíle bude dosaženo naplněním následujících dílčích cílů projektu.

1. První dílčí cíl bude věnován vypracování bezpečnostních pokynů k zajištění BOZP v laboratoři spektroskopie pro práci s lasery a nebezpečnými plyny
2. Druhým dílčím cílem je zkonstruování zařízení pro generování multi-komponentní směsi plynů s výskytem oxidu uhelnatého s možností proměnlivého nastavení koncentrací
3. Posledním dílčím cílem je měření koncentrací oxidu uhelnatého v prostoru laboratoře a následné zpracování a vyhodnocení naměřených dat včetně srovnání parametrů odezvy jednotlivých senzorových systémů

Jedním z očekávaných přínosů této práce je identifikace rizik a vytvoření adekvátních bezpečnostních pokynů pro zajištění BOZP v Laboratoři spektroskopie, a to zejména pro práci se zdroji laserového (neionizujícího) záření a s nebezpečnými látkami. Tento krok je nutnou podmínkou dalšího rozvoje a rozšíření stávajících experimentálních aktivit zaměřených na základní výzkum v oblasti fyziky a chemie hoření a dále na vývoj senzorových technologií pro bezpečnostní aplikace.