1. Modular flow synthesis of citric acid-coated superparamagnetic iron oxide nanoparticles : preliminary resultsSabina Vohl, Andreja Nemet, Janja Stergar, 2025, original scientific article Abstract: Superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) with sizes below 10 nm are biocompatible and non-toxic, making them promising for biomedical applications. To prevent their agglomeration and enhance their functionality, the nanoparticles were coated with citric acid (CA), which modifies the surface charge, improves dispersion stability, and facilitates biomedical use. In this work, a modular flow-through microreactor system was employed to synthesize and coat the nanoparticles in a single, continuous two-step process. The system enables precise control over temperature and mixing, ensuring uniform reaction conditions and minimizing hot spots. The synthesized Fe3O4 nanoparticles exhibited an average crystallite size of ~5 nm (XRD) and particle sizes of 4–6 nm (TEM). FTIR analysis confirmed the successful surface functionalization with CA, while TGA indicated a coating mass fraction of approximately 4–20 wt%, increasing with higher CA concentration. Zeta potential measurements revealed strong colloidal stability, with values around −35 mV at pH 6.5. Among the tested CA concentrations, the sample with a molar ratio of Fe3O4:CA = 1:0.25 exhibited the most favorable properties, including narrow size distribution and improved dispersion stability. These findings demonstrate that the continuous modular flow approach enables the reproducible synthesis of highly stable, sub-10 nm CA-coated SPIONs, offering promising potential for biomedical applications, particularly as magnetic resonance imaging (MRI) contrast agents.
Keywords: superparamagnetic iron oxide nanoparticles, citric acid, modular flow microreactor system, continuous synthesis, zeta potential measurements
Published in DKUM: 03.11.2025; Views: 0; Downloads: 1
 Full text (1,54 MB) |
2. OpenHENS: an open-source tool for heat exchanger network synthesisKeegan Keysers Hall, Andreja Nemet, Zdravko Kravanja, Timothy Gordon Walmsley, 2026, original scientific article Abstract: The synthesis of heat exchanger networks (HENs) is an NP hard problem, made even more difficult by the requirement of commercial software licenses and coding ability. This paper introduces OpenHENS, a first-of-itskind open-source tool for HEN synthesis. In the literature, HEN synthesis based on mathematical programming almost exclusively relies on commercial MINLP (mixed-integer non-linear programming) solvers (e.g., BARON, Gurobi, etc.). Open source MINLP solvers, in contrast, lack the robustness, scalability and quality that are the hallmarks of commercial solvers. To overcome this challenge, OpenHENS embeds a novel three-step synthesis method that gradually increases the complexity of the model. The first two steps identify economically viable and thermodynamically feasible heat exchanger matches, removing the non-viable matches and reducing the problem size. In the third step, numerous HEN designs are obtained by evolving promising networks to obtain families of near-optimal solutions. OpenHENS was tested on thirteen benchmark problems and seven of the solutions were within 2 % of the total annualised cost (TAC) best-known solutions from literature. In eleven of the benchmark problems, OpenHENS returned more than 10 unique networks within 2 % of the best solution, enabling the engineer to select the most practical design with minimal cost difference. OpenHENS demonstrates that open-source software, when developed correctly, offers comparable performance to commercial software while promoting greater accessibility in industry.
Keywords: heat exchanger network, process integration, optimization, mathematical programming, open source, Phyton
Published in DKUM: 03.11.2025; Views: 0; Downloads: 1
Full text (17,21 MB) |
3. Uporaba funkcionaliziranih MOFs v mikroreaktorju za remediacijo odpadnih vod : magistrsko deloNeja Savec, 2025, master's thesis Abstract: Poraba vode in naraščajoče onesnaževanje te predstavljata resen globalni izziv. Odpadne vode vsebujejo številna onesnaževala, med katerimi so posebej problematična mikroonesnaževala, kot so farmacevtski izdelki. Med njimi izstopajo nesteroidna protivnetna zdravila, predvsem diklofenak (DCF). Zaradi svoje široke uporabe v humani in veterinarski medicini se pogosto pojavljajo v odpadnih vodah, kjer lahko škodljivo vplivajo na vodni ekosistem. Zato je nujen razvoj naprednih postopkov čiščenja odpadnih voda, ki omogočajo učinkovito odstranjevanje tovrstnih onesnaževal.
V magistrskem delu je prikazana študija adsorpcije in razgradnje DCF v mikroreaktorskem sistemu. Kot adsorbent so bila uporabljena metalo-organska ogrodja (MOFs), natančneje zeolitno imidazolatno ogrodje-8 (ZIF-8), sintetizirano s precipitacijsko metodo. V nadaljevanju smo v ZIF-8 z metodo kovalentnega povezovanja imobilizirali encim lakazo in tako sintetizirali kompozit lakaza@ZIF-8. Lakaza je oksidoreduktazni encim, ki katalizira oksidacijo fenilnih obročev v molekuli DCF, zato je kompozit lakaza@ZIF-8 primeren za razgradnjo DCF v mikroreaktorskem sistemu. Učinkovitost poroznih materialov pri adsorpciji in razgradnji DCF pri različnih pretokih skozi mikroreaktor smo zasledovali z visoko zmogljivostno tekočinsko kromatografijo (HPLC). Funkcionaliziranemu nano ogrodju lakaza@ZIF-8 smo določili aktivnost imobilizirane lakaze in učinkovitost imobilizacije. Proučili smo vpliv deleža volumna mrežnega povezovalca gluteraldehida (GA) in epiklorohidrina (ECH) ter koncentracije lakaze na učinkovitost imobilizacije in preostalo aktivnost encima. Izvedli smo tudi študijo ponovne uporabe, termične stabilnosti in skladiščenja imobilizirane lakaze.
Rezultati so pokazali, da je bil optimalen delež GA 10 (v/v) %, ECH pa 7,5 (v/v) %, ob optimalni koncentraciji lakaze 10 mg/mL. Preostala aktivnost lakaze po imobilizaciji je znašala 129,00 % s specifično aktivnostjo 4,48 U/mg (GA) in 118,13 % s specifično aktivnostjo 5,78 U/mg (ECH). Rezultati nakazujejo na hiperaktivacijo encima, ko smo ga imobilizirali na ZIF-8. Učinkovitost imobilizacije je znašala 95,60 % (GA) in 93,15 % (ECH). Imobilizirano lakazo smo lahko večkrat uporabili, izkazala se je za dobro termično stabilno z možnostjo daljšega skladiščenja pri 4 °C. Pri proučevanju adsorpcije in razgradnje DCF z ZIF-8 in lakazo@ZIF-8 v mikroreaktorju pri pretokih 125 µL/min in 250 µL/min smo ugotovili, da zmanjšanje začetnega pretoka na polovico nima bistvenega vpliva na končni delež adsorpcije oz. razgradnje DCF, vpliva le na čas, potreben za razgradnjo/odstranitev enake količine DCF. Ne glede na izbrani pretok se je izkazalo, da je imobilizirana lakaza na ZIF-8 učinkovitejša za odstranjevanje DCF, doseženi delež razgradnje je znašal okoli 90,00 %.
Keywords: MOFs, ZIF-8, lakaza, GA, ECH, DCF, mikroreaktor, HPLC, imobilizacija, razgradnja, adsorpcija
Published in DKUM: 28.10.2025; Views: 0; Downloads: 12
Full text (7,63 MB) |
4. Investigation of the influencing parameters of the ▫$H_2O_2-assisted$▫ photochemical treatment of waste liquid from the hydrothermal carbonization process in a microreactor flow systemAleksandra Petrovič, Tjaša Cenčič, Silvo Hribernik, Andreja Nemet, 2025, original scientific article Abstract: Due to its complex composition and toxicity, the waste liquid from hydrothermal carbonization (HTC) poses a serious environmental challenge that must be addressed before disposal. In this study, the photochemical treatment of HTC liquid in a microreactor flow system was investigated. The effects of wavelength, the presence of atmospheric oxygen, oxidizing agent (H2O2) and catalyst (FeSO4), residence time and pH on the efficiency of the photo-treatment were investigated. In addition, the influence of the addition of deep eutectic solvent (DES) on photo-treatment was studied. The results showed that the photochemical treatment was more efficient at 365 nm than at 420 nm, and that the acidic conditions gave better results than the basic ones. UV365 treatment in the presence of H2O2 (at a dosage of 1 vol%) resulted in removal efficiencies of 31.6% for COD, 17.6% for TOC, 16.9% for NH4-N and 17.2% for PO4-P. The addition of FeSO4 caused coagulation/flocculation effects, but improved phosphorus removal. The addition of DES resulted in slight discolouration of the liquid and proved unsuccessful in COD removal. The GC-MS analysis and 3D-EEM spectra showed significant changes in the fate of organics and in the fluorescence intensity of aromatic proteins and humic acid-like substances. Photochemical treatment in a microreactor flow system in the presence of H2O2 under the selected operating conditions reduced the content of organics and nutrients in the HTC liquid, but the process liquids still showed toxic effects on the organisms V. fischeri and Daphnia magna.
Keywords: hydrothermal treatment, waste process liquid, photochemical treatment, hydrogen peroxide, microreactor flow system
Published in DKUM: 25.09.2025; Views: 0; Downloads: 3
Full text (2,64 MB) |
5. From waste to hydrogen: utilizing waste as feedstock or catalysts for hydrogen generationDavid Tian Hren, Andreja Nemet, Danijela Urbancl, 2025, review article Abstract: With the world facing the twin pressures of a warming climate and an ever-increasing amount of waste, it is becoming increasingly clear that we need to rethink the way we generate energy and use materials. Despite growing awareness, our energy systems are still largely dependent on fossil fuels and characterized by a linear ‘take-make-dispose’ model. This leaves us vulnerable to supply disruptions, rising greenhouse gas emissions, and the depletion of critical raw materials. Hydrogen is emerging as a potential carbon-free energy vector that can overcome both challenges if it is produced sustainably from renewable sources. This study reviews hydrogen production from a circular economy perspective, considering industrial, agricultural, and municipal solid waste as a resource rather than a burden. The focus is on the reuse of waste as a catalyst or catalyst support for hydrogen production. Firstly, the role of hydrogen as a new energy carrier is explored along with possible routes of waste valorization in the process of hydrogen production. This is followed by an analysis of where and how catalysts from waste can be utilized within various hydrogen production processes, namely those based on using fossil fuels as a source, biomass as a source, and electrocatalytic applications.
Keywords: hydrogen production, waste-derived catalysts, renewable energy, biomass conversion
Published in DKUM: 25.09.2025; Views: 0; Downloads: 6
Full text (1,66 MB) |
6. Funkcionalizacija visoko poroznih stirenskih polimerov v pretočnem reaktorju : diplomsko delo univerzitetnega študijskega programa I. stopnjeDejan Gavrić, 2025, undergraduate thesis Abstract: V diplomskem delu smo sintetizirali zamrežene visoko porozne poliHIPE materiale na osnovi vinilbenzil klorida (VBC) in divinilbenzena (DVB), katere smo pripravili s prosto radikalsko polimerizacijo monomerne faze emulzij z visokim deležem notranje faze (HIPE). Te polimere smo nadalje hiperzamrežili s post polimerizacijsko reakcijo Friedel-Craftsovega alkiliranja v šaržnem in kontinuirnem (pretočnem) postopku, ter primerjali njihovo učinkovitost.
Polimere smo sintetizirali z različnimi stopnjami zamreženja (5, 10, 30 in 70 mol% DVB), kjer smo za iniciator uporabili AIBN in surfaktant Span 80 kot stabilizator HIP emulzij.
Osnovni poliHIPE materiali so izkazovali značilno odprto celično strukturo z nizkimi specifičnimi površinami (2-6 m2/g). Hiperzamreženje v šaržnem reaktorju pa je povzročilo znatno povečanje specifične površine (do 418 m2/g) in nastanek mezo in mikro por, ki smo jih dokazali s pomočjo dušikovih adsorpcijsko–desorpcijskih izoterm (BJH in t-plot metoda).
Kontinuirno hiperzamreženje v pretočnem reaktorju je omogočilo še bolj izrazito povečanje specifične površine (do 552 m2/g) ter povečanje volumna nastalih mikro por v primerjavi s šaržnim postopkom. Slike posnete z vrstičnim elektronskim mikroskopom so pokazale, da se pri kontinuirnem postopku ohrani poliHIPE morfologija, hkrati pa se zmanjša mehanska degradacija polimernega materiala. S potenciometrično titracijo smo določili, da se masni delež kloridnih ionov po hipezamreženju drastično zmanjša, kar sovpada s povišanje BET specifične površine in narašnjem volumna mezo in mikro por po hiperzamreženju, s čimer smo dodatno potrdili uspešnost hiperzamreženja, ki je glede na vse rezultate karakterizacijskih metod bolj uspešno pri reakciji v pretoku.
Rezultati potrjujejo, da kontinuirni postopek hiperzamreženja omogoča krajši čas reakcije in izboljšane strukturne lastnosti materiala v primerjavi s šaržnim postopkom.
Keywords: poliHIPE, hiperzamreženje, pretočni reaktor, kontinuirno hiperzamreženje
Published in DKUM: 23.09.2025; Views: 0; Downloads: 16
Full text (2,44 MB) |
7. Uporaba encima invertaza za razgradnjo saharoze v pretočnem reaktorju : diplomsko deloAmadeja Škrinjar, 2025, undergraduate thesis Abstract: V okviru diplomskega dela smo raziskovali vpliv pretoka, pH in temperature na presnovo saharoze z encimom invertaza. Cilj raziskovanja je bila optimizacija eksperimentalnih pogojev za čim večjo učinkovitost encimske razgradnje saharoze v pretočnem reaktorju. Saharozo smo razgrajevali z encimom invertaza, ki smo ga imobilizirali na silika gelu. Uspešnost imobilizacije smo določili z Bradfordovo metodo, pri kateri smo sprektrofotometrično določili količino encima, ki se je vezal na silika gel. Reakcije smo izvajali pri različnih temperaturah, pH-jih in pretokih s konstantno koncentracijo substrata (saharoze) v pretočnem mikroreaktorju pri čemer smo temperaturo zagotavljali z vodno kopeljo. Koncentracijo smo določili na podlagi rezultatov iz HPLC analize in jih vnesli v računalniški program. Podatek o presnovi smo ocenili iz koncentracije nastale fruktoze, ki je eden izmed produktov razpada saharoze. Tako smo potrdili hipotezo, da lahko z encimom invertaza uspešno razgrajujemo saharozo v pretočnem reaktorju. Dobili smo polinom, ki je predstavljal izhodno koncentracijo fruktoze kot funkcijo treh spremenljivk: pH, temperature in pretoka. Polinom predstavlja model, ki ga uporabljamo za napoved rezultatov v definiranih območjih veljavnosti. Prav tako nam je uspelo dokazati tudi dodatno hipotezo in sicer, da lahko z metodo odzivnih površin (centralno kompozitna metoda) zadovoljivo, natančno ter z izbranimi parametri opišemo model, ki opisuje nastanek fruktoze kot rezultat razgradnje saharoze z uporabo encima invertaze. Model lahko uporabimo tudi za optimizacijo procesa in izračunamo optimalne pogoje, pri katerih bi dosegli najvišjo presnovo oz. najvišjo koncentracijo fruktoze. Iz rezultatov je razvidno, da ima največji vpliv na koncentracijo fruktoze pH in da lahko dosežemo optimalno presnovo pri pH 4,76, temperaturi 40,39 °C in pretoku 1,20 mL/min.
Keywords: invertaza, saharoza, presnova, fruktoza, metoda odzivnih površin
Published in DKUM: 18.09.2025; Views: 0; Downloads: 14
Full text (2,03 MB) |
8. Elektrokemijska razgradnja metilen modrega v pretočnem mikroreaktorskem sistemuUrška Žvarc, 2025, undergraduate thesis Abstract: V diplomskem delu smo preučili elektrokemijski razpad metilen modrega (MB) v pretočnem mikroreaktorskem sistemu, ter porabo električne energije za to analizo. MB je aromatska spojina, ki absorbira svetlobo in se vse pogosteje uporablja v različnih industrijskih panogah.
V eksperimentalnem delu smo s spreminjanjem napetosti, pretoka in koncentracije MB ugotavljali kako dani parametri vplivajo na razpad MB. Vpliv parametrov smo proučevali z metodo načrtovanja poskusov, metodo odzivnih površin, centralno kompozitno metodo. Te metode so vgrajene v program Design Expert, ki smo ga uporabljali najprej za načrtovanje poskusov nato pa še za analizo rezultatov, razvoj modela za učinkovitost razgradnje metilen modrega ter optimizacijo pogojev kemijske reakcije. Za izvedbo poskusa elektrokemijskega razpada smo uporabili elektrokemijski pretočni mikroreaktorski sistem, pri čemer smo kot katodo uporabili ogljikovo elektrodo, kot anodo pa elektrodo nerjavečega jekla.
Ugotovili smo, da je učinkovitost razpada pri nizkih koncentracijah MB zelo nizka, ne glede na napetost in pretok. Učinkovitost razpada višjih koncentracij MB je najboljša pri napetosti med 4,9 V in 6 V ter pri pretoku 1,63 mL/min.
Vzporedno smo izvedli še študijo porabe električne energije, s katero smo ugotovili, da se tok električne energije ni znatno spreminjal ne za črpalko in tudi ne za elektrokemijski modul. Do razlik je prišlo zaradi različnih zadrževalnih časov, in sicer daljši kot je bil zadrževalni čas večja je bila poraba električne energije.
Rezultati so pokazali, da so bili eksperimentalni podatki skladni s teoretičnimi napovedmi, kar potrjuje, da je metoda uporabna za čiščenje vodnih raztopin onesnaženih z MB.
Keywords: Metilen modro, mikroreaktorski sistem, elektrokemijski razpad, napetost, pretok
Published in DKUM: 18.09.2025; Views: 0; Downloads: 7
Full text (2,68 MB) |
9. Razpad metilen modrega v pretočnem fotokemijskem mikroreaktorju : diplomsko deloLaura Žajdela, 2025, undergraduate thesis Abstract: V diplomskem delu preučujemo razgradnjo sintetičnega barvila metilen modro v vodni raztopini s pomočjo pretočnega fotokemijskega mikroreaktorja. Namen raziskave je bil določiti optimalne pogoje procesa, ki omogočajo čim višjo učinkovitost čiščenja ob čim nižji porabi energije. Ker se metilen modro pogosto uporablja v tekstilni in farmacevtski industriji, njegova prisotnost v odpadnih vodah predstavlja pomemben okoljski problem.
Za izvedbo raziskave smo uporabili računalniški program Design Expert, s katerim načrtujemo poskuse po metodi odzivnih površin (RSM). Spreminjali smo štiri ključne parametre: pretok, začetno koncentracijo barvila ter količino dodanega železovega(II) sulfata in vodikovega peroksida, potek reakcije pa smo spremljamo s sprotnimi meritvami absorbance z UV-Vis spektrometrom. Na osnovi eksperimentalnih podatkov smo razvili matematični model za učinkovitost čiščenja in porabo energije. Rezultati kažejo, da ima na učinkovitost največji vpliv pretok, medtem ko začetna koncentracija barvila pomembno vpliva na porabo energije. Na koncu smo izvedli optimizacije z različnimi cilji kot so visoka učinkovitost čiščenje, minimalna poraba energije, pri čemer smo na podlagi razvite metod dobili kombinacije parametrov, ki vodijo do visoke učinkovitosti ob razmeroma nizki porabi energije.
Ugotovili smo, da je uporaba fotokemijskega mikroreaktorja učinkovita in energetsko primerna metoda za čiščenje barvil iz vode, ki ima potencial za širšo uporabo, tudi pri obdelavi industrijskih vod.
Keywords: metilen modro, mikroreaktor, fotokemija, Design Expert
Published in DKUM: 18.09.2025; Views: 0; Downloads: 7
Full text (3,77 MB) |
10. Uporaba računalniške dinamike tekočin za simulacijo različnih pretokov v mikroreaktorjihDomen Kočevar, 2025, undergraduate thesis Abstract: Diplomsko delo prikazuje uporabo računalniške dinamike tekočin (CFD) za simulacijo različnih tokovnih režimov v mikroreaktorju z uporabo programske opreme COMSOL Multiphysics. Osredotočamo se na vpliv različnih tokov na obnašanje vode v mikrokanalu z značilnim zavojem, ki je ključni del mnogih mikrofluidnih sistemov.
Z uporabo modula Fluid Flow v COMSOL Multiphysics programu smo izvedli več simulacijskih primerov, ki vključujejo počasni tok, laminarni tok, turbulentni tok, turbulentni tok z velikimi vrtinci (LES) in turbulentni tok z ločenimi velikimi vrtinci (DES). Za vsak režim smo definirali fizikalne pogoje, mrežo ter analizirali rezultate hitrosti, tlaka in tokovnic. Prednost programa COMSOL Multiphysics je v njegovi fleksibilnosti pri modeliranju in možnosti povezovanja različnih fizikalnih pojavov.
Rezultati kažejo, da CFD omogoča kakovostno napoved obnašanja toka v mikroreaktorjih, še posebej v območjih z intenzivnim mešanjem. Napredni moduli turbulence, kot sta LES in DES, omogočajo natančnejšo analizo vrtinčenja, a so računsko zahtevnejši. Primerjava med režimi razkrije ključne razlike v pretočnih značilnostih in omogoča boljše razumevanje hidrodinamike sistema.
Ugotovili smo, da so numerične simulacije računalniške dinamike tekočin v programu COMSOL Multiphysics uporabno orodje pri načrtovanju in optimizaciji mikroreaktorjev. Pristop zahteva poznavanje numeričnih metod in strukture modela, vendar ponuja močno podporo pri analizi kompleksnih mikrofluidnih pojavov.
Keywords: mikroreaktorji, računalniška dinamika tekočin, COMSOL Multiphysics, simulacija
Published in DKUM: 12.09.2025; Views: 0; Downloads: 21
Full text (3,45 MB) |
