Program: Materiálové inženýrství Obor: Recyklace materiálů Studium nav.mgr. Okruhy otázek ke státním zkouškám Státnicové předměty povinně volitelný -1 ze 3 následujících : 1. Organická chemie (povinně volitelný) 1. Surovinové zdroje organické chemie a jejich zpracování. 2. Alkany a cykloalkany, jejich konformace a izomerie; získávání z fosilních zdrojů; radikálové reakce. 3. Alkeny a dieny, jejich získávání a průmyslový význam; elektrofilní adice alkenů a cykloadice dienů. 4. Alkyny, metody získávání, reaktivita, průmyslové využití acetylenu a bezpečnostní rizika acetylenu a jeho solí. 5. Stereochemie - prostorová stavba molekul, absolutní konfigurace, chiralita a optická izomerie. 6. Halogenderiváty uhlovodíků; získávání, reaktivita, průmyslový význam; toxicita, zvláště nebezpečné halogenderiváty a jejich rizika. 7. Organokovové sloučeniny a jejich význam v organické syntéze; toxické vlastnosti sloučenin organoolovnatých a organortuťnatých. 8. Alkoholy, jejich získávání, průmyslový význam a reaktivita. 9. Ethery a epoxidy, získávání, reaktivita; epoxidy jako významné poloprodukty organické chemie 10. Aromatické uhlovodíky, jejich získávání, reaktivita a průmyslový význam; toxické vlastnosti aromátů. 11. Aromatické halogenderiváty a hydroxyderiváty, získávání a reaktivita; toxicita aromatických halogenderivátů. 12. Karbonylové sloučeniny, průmyslový význam, získávání, reaktivita. 13. Aminy, struktura a klasifikace, fyziologické vlastnosti, získávání a reaktivita. 14. Nitrosloučeniny a estery kyseliny dusičné; jejich získávání a význam v chemii výbušnin. 15. Karboxylové kyseliny, přírodní výskyt, fyzikální a fyziologické vlastnosti, získávání a reaktivita. 16. Funkční deriváty karboxylových kyselin, jejich průmyslový význam, přírodní výskyt esterů. 17. Substituované karboxylové kyseliny hydroxykyseliny, halogenkyseliny a aminokyseliny, jejich vlastnosti a význam. 18. Tenzidy, jejich rozdělení, získávání a význam. 19. Základní typy heteroaromatických sloučenin, jejich význam a využití 20. Sacharidy 2. Fyzika pevné fáze (povinně volitelný) 1. Krystalografie, krystalová struktura pevných látek, typy mřížek, interakce mřížek se zářením. 2. Kvantově mechanický model stavby pevných látek. Atomy a molekuly, teorie stavby pevných látek, vazby v látkách a vliv struktury na vlastnosti pevných látek. 1
3. Bodové poruchy mřížky. Difuze. Základní charakteristika bodových poruch a jejich vlastnosti, teorie difuze, difuze bodových poruch. 4. Dislokační teorie. Dislokace, dislokační mechanismy, vliv dislokací na vlastnosti metalurgických materiálů, fázová rozhraní, princip deformačního zpevnění, pohyb dislokací, teorie vnitřního tření, deformačně indukovaná rekrystalizace, nukleace a migrace hranic zrn. Plastická deformace. 3. Fázové přeměny (povinně volitelný) 1. Struktura krystalických látek, substituční a intersticiální tuhé roztoky, intermediární fáze, jevy uspořádání na krátkou a dlouhou vzdálenost. 2. Klasifikace fázových transformací. Termodynamika fázových přeměn rovnováha v jednosložkových a heterogenních systémech, chemický potenciál, aktivita, Gibbsovo pravidlo fází. 3. Kinetika fázových transformací, Arrheniova rovnice. 4. Krystalová rozhraní koherentní, semikoherentní a nekoherentní, vliv tvaru částic, kapilární jev, mezifázová povrchová energie, deformační energie. 5. Krystalizace homogenní a heterogenní nukleace v tavenině, nukleační rychlost, růst krystalů (dendritů) v čistých kovech a slitinách, eutektická transformace, peritektická transformace, praktické příklady krystalizace. 6. Difúzní fázové transformace v pevné fázi homogenní a heterogenní nukleace, rychlost nukleace, rychlost růstu, obecná kinetická rovnice difúzní přeměny, transformační diagramy. 7. Základní typy difúzních přeměn: precipitace (nukleace, růst a hrubnutí), diskontinuální přeměna, spinodální rozpad, masívní transformace, proeutektoidní rozpad, eutektoidní rozpad. 8. Bainitická transformace v ocelích. 9. Bezdifúzní fázové přeměny základní charakteristiky, krystalografie martenzitu v systému Fe C, nukleace a růst martenzitu, vliv napětí a deformace na martenzitickou fázovou přeměnu. Přeměny probíhající při stárnutí a popouštění martenzitu. 10. Termoelastická martenzitická fázová přeměna. Samoakomodační martenzit. Pseudoelasticita transformační a přeorientací. Tvarově paměťový efekt. 4. Výroba materiálů (povinný) Předmět je založen na znalostech z následujících předmětů: Technologie polymerních materiálů, Ušlechtilé a vzácné kovy, Technologie speciálních slitin, Metalurgie čistých kovů, Prášková metalurgie, Instrumentální metody analýzy 1. Struktura a základní vlastnosti polymerů (makromolekulární řetězce, rozdělení polymerů, homo- a kopolymery, konstituce konfigurace a konformace makromolekul, základy názvosloví polymerů, molekulová hmotnost, polydisperzita, termické, mechanické vlastnosti, odolnost, koroze a degradace polymerů. 2. Fázové chování polymerů, rozpouštění, bobtnání a reologické vlastnosti roztoků polymerů, syntéza polymerů (polymerace, polykondenzace, polyadice, kopolymerace), roztokové, suspenzní a emulzní polymerace 3. Základy zpracování polymerů (plastikace, tváření, tvarování, zvlákňování, lehčené hmoty, odlévání), přísady do polymerů (plniva,plastifikátory, změkčovadla, stabilizátory, nadouvadla, síťovací prostředky, retardéry hoření) 2
4. Ekologické a ekonomické aspekty výroby a využití polymerů.významné syntetické polymery (výroba, vlastnosti, příklady použití). Odstraňování a zhodnocování polymerních odpadů. Biodegradabilní polymery. 5. Technické rozdělení kovů, definice drahých a vzácných kovů (ušlechtilých a rozptýlených). 2. Zlato, vlastnosti, výskyt v ČR a ve světě, výroba z rud amalgamační a kyanizační metodou. Použití, slitiny, perspektivy v nových technických oblastech. 6. Stříbro, vlastnosti, výskyt v ČR a ve světě, výroba amalgamační a kyanizační metodou z rud a ze sekundárních surovin. Použití, slitiny, perspektivy v nových technických oblastech. 7. Kovy platinové skupiny, vlastnosti, výskyt, ložiska. Příklady technologií výroby a použití. 8. Lanthanoidy, vlastnosti, výskyt, ložiska. Příklady technologií výroby a použití. Vysokotavitelné kovy, vlastnosti, výskyt, ložiska, použití. 9. Technologie výroby Ti, Zr, Mo, W, Nb, Ta. 10. Kovy s ojedinělým výskytem (Sc, Y, Ga, In, Ge, Se, Te, Re), vlastnosti, výskyt, ložiska, použití. Technologie výroby. Perspektivy v nových oblastech techniky. 11. Přirozeně radioaktivní kovy U, Th. Vlastnosti, výskyt v ČR a ve světě, použití v jaderné technice. 12. Příprava slitin na bázi Ni a Ti, superslitin a slitin vysokotavitelných kovů. Vakuově indukční nebo obloukové tavení, směrová krystalizace. Příprava slitin na bázi intermetalických sloučenin. ExoMelt proces. Metody práškové metalurgie při přípravě intermetalických slitin a IMC kompozitů. 13. Mechanické legování (MA) při přípravě intermetalických sloučenin a slitin. Parametry procesu, příklady materiálů. 14. Plazmová technologie. Použití plazmových technologií k rafinaci neželezných kovů, k přípravě slitin a intermetalických sloučenin. 15. Technologie PVD, princip. Napařování, naprašování, iontové pokovování, iontová implantace. Vliv parametrů procesu na charakteristiky materiálů. Příklady materiálů. Technologie CVD, princip, materiály pro nanášení- kovy, keramika. Příklady materiálů. Příprava diamantových a multikomponentních vrstev. 16. Technologie přípravy kompozitních materiálů. Vliv parametrů procesu na charakteristiky materiálů. Příklady materiálů. 17. Příprava kovových pěn, přehled a srovnání metod. Vliv parametrů procesu na charakteristiky materiálů. Příklady materiálů. 18. Využití vodíku při přípravě a zpracování slitin. Modifikace strukturních charakteristik Ti slitin. Amorfizace intermetalických fází. 19. Základy přípravy vysoce čistých látek, jejich vlastnosti a význam. Klasifikace způsobů dělení a rafinace látek. Iontová výměna, chromatografie, sorpce, extrakce, krystalizace, destilace, rektifikace, transportní reakce, elektrolýza, elektrodialýza, elektropřenos. 20. Termodynamika fázových rovnováh, rovnovážný a efektivní rozdělovací koeficient. Krystalizační metody: směrová krystalizace, zonální tavení, CZ metoda tažení krystalů. Přenos hmoty, kinetika růstu krystalických látek, teplotní a koncentrační přechlazení, konvekce a růstové defekty. Příprava tenkých vrstev, epitaxní a difuzní technologie. Základy přípravy monokrystalů a bikrystalů vysoce čistých kovů a slitin. Fyzikálněmetalurgické charakteristiky vysoce čistých látek a metody stanovení čistoty. 21. Přednosti a omezení technologie práškové metalurgie. Metody výroby kovových prášků, fyzikální, chemické a mechanické postupy výroby. 22. Charakteristika práškových materiálů, určování velikosti a tvaru, fyzikální vlastnosti, technologické vlastnosti. 3
23. Principy postupu tvarování práškových materiálů, lisování jednosměrné, obousměrné, isostatické. Slinování prášku, teoretické základy různých variant slinovacích procesů, slinování v jednosložkovém a vícesložkovém systému. 24. Materiály připravované technologií práškové metalurgie (výrobky na bázi železa a neželezných kovů, slinuté karbidy, kluzné materiály, frikční materiály, kovové filtry, kontaktní materiály, magnetické materiály, tvrdé a supertvrdé materiály). 25. Postupy chemické úpravy vzorků pro anorganickou analýzu. Separační techniky v oblasti anorganické analýzy, speciální postupy přípravy vzorků k analýze. 26. Postupy chemické úpravy vzorků pro organickou analýzu, separační techniky v oblasti organické analýzy. 27. Fyzikálně-chemické základy spektrálních, elektroanalytických a chromatografických metod. Princip, přístrojové vybavení a praktické využití metod v oblasti atomových spektrálních metod. Princip, přístrojové vybavení a praktické využití metod molekulové spektroskopie a elektroanalytických metod. 28. Plynová, kapalinová, iontová chromatografie a speciální techniky organické analýzy. Praktické použití. Základní metody strukturní analýzy v oblasti anorganických a organických materiálů a fázové analýzy anorganických materiálů. 29. Chemometrie - chyby analytických metod, interpretace analytického výsledku. 5. Recyklace materiálů (povinný) Předmět je založen na znalostech z následujících předmětů: Recyklace ušlechtilých kovů, Environmentální biotechnologie, Kovy a životní prostředí, Nakládání s odpady 1. Kovy, jejich technické rozdělení a základní výrobní postupy. 2. Ušlechtilé kovy, jejich vlastnosti, vybrané druhotné suroviny s obsahem ušlechtilých kovů a současný stav struktury spotřeby ušlechtilých kovů. Mechanické, pyrometalurgické a hydrometralurgické procesy zpracování odpadů UK 3. Elektronický odpad, materiálové charakteristiky elektronického odpadu, složení a problematika sběru. Recyklace ušlechtilých kovů z elektronického odpadu, 4. Odpadní ustalovací roztoky, chemické složení a problematika sběru, 5. Vyřazené autokatalyzátory, jejich materiálová charakteristika, druhy autokatalyzátorů, funkce ušlechtilých kovů v autokatalyzátorech. Zpětné získávání platiny, paládia a rhodia z autokatalyzátorů, pyrometalurgické, hydrometalurgické a kombinované recyklační procesy. 6. Zpětné získávání stříbra z vyřazených ustalovacích roztoků, chemické srážení, sorpční procesy, elektrolýza. 7. Zpětné získávání ušlechtilých kovů při klasické pyrometalurgické výrobě olova a mědi. 8. Legislativa v oblasti životního prostředí, katalog odpadů, přehled vybraných údajů 9. Pyrometalurgické, hydrometalurgické a elektrometalurgické procesy z hlediska zátěže pro životní prostředí 10. Těžké neželezné kovy z hlediska ŽP ve vodách, půdách a ovzduší. Evropská směrnice prevence znečištění (IPPC) a její aplikace při výrobě olova a mědi. 11. Čistší produkce, čistší technologie, prevence, vztah recyklace = čistší produkce 12. Biotechnologie, jejich význam a rozdělení. Rozdělení mikroorganismů používaných v minerálních biotechnologiích. 13. Biologicko-chemická oxidace sulfidů. Biotechnologie minerálů Cu, Fe, As, Zn, Sb, Pb, Al a Ti 4
14. Silikátové mikroorganismy a jejich aplikace při biotechnologiích extrakce těžkých kovů ze silikátů a alumosilikátů 15. Bioakumulace, biosorpce, bioprecipitace Technologie s využitím procesu bioakumulace, biosorpce, bioprecipitace, volatilizace 16. Hybridní intrabiotechnologie 17. Možnosti biologicko-chemického odstraňování těžkých kovů z průmyslových odpadních vod se síran redukujícími bakteriemi 18. Bioreaktory 19. Likvidace starých ekologických zátěží 20. Kompostování biologicky rozložitelných odpadů (základní podmínky pro správný průběh kompostování, technické požadavky na kompostovací jednotku) 21. Anaerobní digesce biologicky rozložitelných odpadů (průběh anaerobní digesce, produkty a jejich zpracování, environmentální problémy provozu bioplynových stanic) 22. Pyrolýza odpadů (vhodné druhy odpadů; produkty pyrolýzy, jejich výnos a možnosti využití; environmentální aspekty pyrolýzních jednotek) 23. Spalování odpadů (výhody a nevýhody vůči ostatním metodám zpracování; konstrukční typy spalovacích pecí na odpad; obecné schéma spalovny odpadů) Produkty spalování odpadů a způsoby nakládání s nimi, metody čištění spalin 24. Skládkování odpadů (skupiny skládek odpadů, těsnění a odvodnění skládek odpadů, rekultivace a uzavírání skládek, poplatky za ukládání odpadů na skládky) 5