Diplomová práce se věnuje přípravě a charakterizaci hydrogelů na bázi obnovitelných biopolymerních materiálů a kyselé syrovátky, která je jako vedlejší produkt mlékárenské výroby v současnosti obtížně dále využitelná. Teoretická část popisuje negativní dopady sucha na krajinu a kvalitu půdy a možnosti, jak těmto negativním vlivům předcházet, zejména pomocí aplikace hydrogelů. V této části se dále uvádí přírodní suroviny, které nacházejí využití při výrobě biodegradabilních hydrogelů a možnosti jejich aplikace v zemědělství. Praktická část je věnována přípravě hydrogelů na bázi celulózy, kyseliny polymléčné a polyvinylalkoholu, síťované kyselinou citronovou o různých koncentracích a jejich následné charakterizaci. Byly studovány zejména jejich strukturní vlastnosti, schopnost absorpce a reabsorpce za různých podmínek včetně stanovení retenčních schopností v půdě. Dále byla hodnocena biodegradace v půdě a vliv aplikace hydrogelu na klíčivost a růst testovaných rostlin. Na základě získaných výsledků byl zhodnocen potenciál připravených hydrogelů pro jejich využití v zemědělství.
Anotace v angličtině
The diploma thesis is devoted to the preparation and characterization of hydrogels based on renewable biopolymer materials and acid whey, which as a by-product of dairy production is currently difficult to further utilize. The theoretical part describes the negative effects of drought on the landscape and soil quality and the possibilities of how to prevent these negative effects, especially by using hydrogels. In this section, natural raw materials that find use in the production of biodegradable hydrogels and the possibilities of their application in agriculture are also presented. The practical part is devoted to the preparation of hydrogels based on cellulose, polylactic acid and polyvinyl alcohol, cross-linked with citric acid of various concentrations and their subsequent characterization. Their structural properties, ability to absorb and reabsorb under different conditions were studied, including the determination of retention abilities in the soil. Furthermore, the biodegradation in the soil and the effect of hydrogel application on the germination and growth of the tested plants were evaluated. Based on the obtained results, the potential of the prepared hydrogels for their use in agriculture was evaluated.
Diplomová práce se věnuje přípravě a charakterizaci hydrogelů na bázi obnovitelných biopolymerních materiálů a kyselé syrovátky, která je jako vedlejší produkt mlékárenské výroby v současnosti obtížně dále využitelná. Teoretická část popisuje negativní dopady sucha na krajinu a kvalitu půdy a možnosti, jak těmto negativním vlivům předcházet, zejména pomocí aplikace hydrogelů. V této části se dále uvádí přírodní suroviny, které nacházejí využití při výrobě biodegradabilních hydrogelů a možnosti jejich aplikace v zemědělství. Praktická část je věnována přípravě hydrogelů na bázi celulózy, kyseliny polymléčné a polyvinylalkoholu, síťované kyselinou citronovou o různých koncentracích a jejich následné charakterizaci. Byly studovány zejména jejich strukturní vlastnosti, schopnost absorpce a reabsorpce za různých podmínek včetně stanovení retenčních schopností v půdě. Dále byla hodnocena biodegradace v půdě a vliv aplikace hydrogelu na klíčivost a růst testovaných rostlin. Na základě získaných výsledků byl zhodnocen potenciál připravených hydrogelů pro jejich využití v zemědělství.
Anotace v angličtině
The diploma thesis is devoted to the preparation and characterization of hydrogels based on renewable biopolymer materials and acid whey, which as a by-product of dairy production is currently difficult to further utilize. The theoretical part describes the negative effects of drought on the landscape and soil quality and the possibilities of how to prevent these negative effects, especially by using hydrogels. In this section, natural raw materials that find use in the production of biodegradable hydrogels and the possibilities of their application in agriculture are also presented. The practical part is devoted to the preparation of hydrogels based on cellulose, polylactic acid and polyvinyl alcohol, cross-linked with citric acid of various concentrations and their subsequent characterization. Their structural properties, ability to absorb and reabsorb under different conditions were studied, including the determination of retention abilities in the soil. Furthermore, the biodegradation in the soil and the effect of hydrogel application on the germination and growth of the tested plants were evaluated. Based on the obtained results, the potential of the prepared hydrogels for their use in agriculture was evaluated.
Zpracujte literární rešerši na téma "Biopolymerní materiály a jejich využití při přípravě hydrogelů".
Popište současné trendy ve vývoji nových typů biopolymerních hydrogelů a vlastnosti hydrogelů s ohledem na jejich využití v zemědělství.
Navrhněte, otestujte a optimalizujte metody přípravy biopolymerních hydrogelů na bázi syrovátky, derivátů celulózy a polyvinylalkoholu/polylaktidu a vyberte vhodná síťovadla.
Charakterizujte fyzikálně-chemické vlastnosti hydrogelů.
Vybranými experimenty zhodnoťte účinnost hydrogelů na kvalitu půdy a růst vybraných testovaných plodin.
Na základě získaných výsledků zhodnoťte přínos hydrogelů pro jejich využití v praxi.
Zásady pro vypracování
Zpracujte literární rešerši na téma "Biopolymerní materiály a jejich využití při přípravě hydrogelů".
Popište současné trendy ve vývoji nových typů biopolymerních hydrogelů a vlastnosti hydrogelů s ohledem na jejich využití v zemědělství.
Navrhněte, otestujte a optimalizujte metody přípravy biopolymerních hydrogelů na bázi syrovátky, derivátů celulózy a polyvinylalkoholu/polylaktidu a vyberte vhodná síťovadla.
Charakterizujte fyzikálně-chemické vlastnosti hydrogelů.
Vybranými experimenty zhodnoťte účinnost hydrogelů na kvalitu půdy a růst vybraných testovaných plodin.
Na základě získaných výsledků zhodnoťte přínos hydrogelů pro jejich využití v praxi.
Seznam doporučené literatury
Klein, M. and Poverenov, E. (2020). Natural biopolymer-based hydrogels for use in food and agriculture. Journal of the Science of Food and Agriculture, 100:2337-2347. https://doi.org/10.1002/jsfa.10274
Pushpamalar J., Langford S., Ahmad M. B et al. (2018) Eco-friendly smart hydrogels for soil conditioning and sustain release fertilizer International Journal of Environmental Science and Technology, 15:2059–2074 https://doi.org/10.1007/s13762-017-1598-2.
Sharma S., Tiwari S. (2020). A review on biomacromolecular hydrogel classification and its applications, International Journal of Biological Macromolecules, 162: 737-747, https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.06.110.
Singh N., Agarwal S., Jain A., Khan S. (2021). 3-Dimensional cross linked hydrophilic polymeric network "hydrogels”: An agriculture boom, Agricultural Water Management, 253, 106939. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2021.106939.
Tomadoni, B., Casalongué, C., Alvarez, V.A. (2019). Biopolymer-Based Hydrogels for Agriculture Applications: Swelling Behavior and Slow Release of Agrochemicals. In: Gutiérrez, T. (eds) Polymers for Agri-Food Applications. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-19416-1_7.
Ullah F., Othman M. B.H., Javed F., et al. (2015). Classification, processing and application of hydrogels: A review, Materials Science and Engineering: C, 57: 414-433, https://doi.org/10.1016/j.msec.2015.07.053.
Seznam doporučené literatury
Klein, M. and Poverenov, E. (2020). Natural biopolymer-based hydrogels for use in food and agriculture. Journal of the Science of Food and Agriculture, 100:2337-2347. https://doi.org/10.1002/jsfa.10274
Pushpamalar J., Langford S., Ahmad M. B et al. (2018) Eco-friendly smart hydrogels for soil conditioning and sustain release fertilizer International Journal of Environmental Science and Technology, 15:2059–2074 https://doi.org/10.1007/s13762-017-1598-2.
Sharma S., Tiwari S. (2020). A review on biomacromolecular hydrogel classification and its applications, International Journal of Biological Macromolecules, 162: 737-747, https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.06.110.
Singh N., Agarwal S., Jain A., Khan S. (2021). 3-Dimensional cross linked hydrophilic polymeric network "hydrogels”: An agriculture boom, Agricultural Water Management, 253, 106939. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2021.106939.
Tomadoni, B., Casalongué, C., Alvarez, V.A. (2019). Biopolymer-Based Hydrogels for Agriculture Applications: Swelling Behavior and Slow Release of Agrochemicals. In: Gutiérrez, T. (eds) Polymers for Agri-Food Applications. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-19416-1_7.
Ullah F., Othman M. B.H., Javed F., et al. (2015). Classification, processing and application of hydrogels: A review, Materials Science and Engineering: C, 57: 414-433, https://doi.org/10.1016/j.msec.2015.07.053.
Přílohy volně vložené
-
Přílohy vázané v práci
ilustrace, grafy, schémata, tabulky
Převzato z knihovny
Ne
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Student představil komisi výsledky své diplomové práce. Poté byla komise seznámena s posudky a hodnocením vedoucího a oponenta (hodnocení vedoucího: B - velmi dobře, hodnocení oponenta: C - dobře). Student pak zcela zodpověděl dotazy vedoucího a oponenta a následně byly ostatními členy komise položeny následující otázky:
prof. Zatloukal: Ve své práci uvádíte, že průměr testovacích vzorků pro rotační reometrii je 150 - 200 mikrometrů. Byly skutečně dané vzorky tak malé? Co bylo zjištěno z reologických měření ve vztahu k hodnoceným hydrogelům? Zodpovězeny zcela.
prof. Alexy: Jaká byla molární hmotnost PLA - šlo o polymer nebo spíš o oligomer? Jaký typ PVA jste použili - jaký byl stupeň hydrolýzy? Při stanovování absorpční kapacity hydrogelů - nemohlo být měření zkreslené extrakcí nadbytečného PVA do vodného prostředí? Ověřovala jste biodegradaci i metodou prodýchaného CO2? Zodpovězeny zcela.