Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Pracownia Badań Katalizatorów od podszewki
Pracownia Badań Katalizatorów od podszewki
Prowadzą badania z zakresu szeroko pojętej katalizy. Szczególnym przedmiotem ich zainteresowań jest struktura powierzchni i centra aktywne na powierzchni katalizatorów. Pracują w oparciu zarówno o projekty rządowe, jak i te z organizacji wspierających naukę polską. Czym się obecnie zajmuje i na czym dokładnie polegały projekty prowadzone przez naukowców z Pracowni Badań Katalizatorów Uniwersytetu Jagiellońskiego? Jej członkowie w szczegółach opowiedzieli o swojej pracy.

- Na czym polega praca w Pracowni Badań Katalizatorów?

Joanna  Łojewska (kierownik pracowni): Na rozwijaniu technik analiz, które są dedykowane do powierzchni katalizatora, ponieważ zjawisko katalizy heterogenicznej dzieje się wyłącznie tam. Aby przybliżyć zrozumienie, jak działa katalizator, można sobie wyobrazić lotnisko, na którym lądują samoloty. Reagujące cząsteczki to ludzie na lotnisku, którzy spotykają się w tym umówionym miejscu. My za pomocą swoich analizatorów podglądamy, kto z kim i gdzie. Dlatego rozwijamy techniki spektroskopowe, tzw. in situ i operando. In situ pozwalają nam śledzić reakcje katalityczne w czasie rzeczywistym, operando dodatkowo umożliwiają spoglądanie na fazę gazową, czyli kto nasze lotnisko opuszcza. Jeżeli technikę analityczną, która wcale nie musi być powierzchniowa, wyposażymy w cząsteczkę- sondę chemiczną, to każda  w zasadzie technika może śledzić powierzchnię. I właśnie w tym specjalizuje się nasza pracownia.

Przemysław Jodłowski: Ja specjalizuję się w spektroskopii w podczerwieni. Badania w tym zakresie polegają na użyciu specjalnej przystawki, dzięki której możemy oglądać to, co dzieje się na powierzchni katalizatora.  Odpowiednio dobrane cząsteczki sondy  lokalizują się na szczególnych miejscach  na powierzchni katalizatora zwanych centrami aktywnymi tworząc wiązania chemiczne. Oczywiście powierzchnia też jest zbudowana z atomów, więc takie centrum to ugrupowanie atomów,  I w ten sposób, analizując charakter oddziaływania centrów  na powierzchni z cząsteczką sondą  możemy powiedzieć z czego  centra są zbudowane i jakie centra są potrzebne do zajścia określonej reakcji , ile jest ich potrzeba. Dodatkowo możemy również wnioskować, jaki jest mechanizm badanej reakcji.

- Jakie były efekty współpracy z Fundacją na Rzecz Nauki Polskiej, w ramach której pracowali Państwo nad projektem „Pomost”?

Joanna Łojewska:  Fundacja była tak miła, że oceniła ten projekt bardzo wysoko i przyznała mi środki na badania. To była ciężka praca całego zespołu. Był to wspaniały projekt, bo pozwolił na zatrudnienie doktorantów. Wśród nich była obecna z nami Anna (Rogulska, przypis I.S.), która zajmowała się centrami aktywnymi w reakcji redukcji tlenków azotu. Cały projekt poświęcony był skonstruowaniu wysoko sprawnego reaktora do utylizacji spalin z silników, lub turbin zasilanych biogazem .Jest to obecnie bardzo ważny temat, dlatego że sam biogaz pojawia się coraz częściej jako alternatywne źródło energii. Biogaz może być otrzymywany z biomasy na różne sposoby ; instalacje te są budowane najczęściej przy wysypiskach śmieci. Taki biogaz może być na przykład źródłem energii, może być spalany i produkowany z niego prąd elektryczny lub ciepło na potrzeby lokalne. A jeżeli coś spalamy, to pojawiają się produkty uboczne – zanieczyszczenia powietrza. Ze spalania biogazu  jest cała gama związków: niedopalony metan, tlenek węgla, lotne związki organiczne i ich częściowo utlenione pochodne, tlenki azotu i siarki. Tak więc chemik-katalityk ma przed sobą szereg wyzwań, aby  spaliny pochodzące z biogazu oczyścić. Dzięki temu, że zawiązaliśmy współpracę z inżynierami w tym z Instytutem Inżynierii Chemicznej PAN w Gliwicach, możemy projektować wnętrza reaktorów.  Nazywamy je strukturalnymi wypełnieniami reaktorów, które pozwalają znacznie zwiększyć transport masy i ciepła w reaktorze, czyli ogólnie rzecz biorąc zintensyfikować proces. Do czego to wszystko  prowadzi? Jeżeli sobie wyobrazimy biogazownię, przy niej stosunkowo niewielki silnik na biogaz i wielką instalacje  do oczyszczania spalin, to rachunek ekonomiczny jest prosty. Żaden przedsiębiorca, który chce zarobić na produkcji energii nie będzie chciał inwestować nadmiernie w oczyszczanie spalin, co właściwie ogranicza rozwój tej gałęzi przemysłu. Strukturalny reaktor, który my  proponujemy, pozwala tak zintensyfikować transport masy, że jego rozmiary mogą się skrócić nawet kilkadziesiąt razy.

Projektując struktury wypełniające reaktory i  jednocześnie centra aktywne mamy wgląd we wszystkie skale,  czyli w makroskalę – domenę inżynierii chemicznej, poprzez mezoskalę, w której formowany jest katalizator na powierzchni wypełnienia strukturalnego do skali atomowej, gdzie projektujemy rozmaite centra aktywne.

W tym przypadku dopalania spalin z biogazu interesował nas szczególnie metan. Przemek (Przemysław Jodłowski, przypis I.S.) opracował skład bardzo dobrego katalizatora do dopalania metanu, który nie jest oparty wyłącznie o metale szlachetne. Projekt z Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej pozwolił nam  rozwinąć się i rozkwitnąć w naszej pracowni badań katalizatorów.

Anna Rogulska: Natomiast ja w tym projekcie zajmowałam się głównie badaniami katalizatorów zeolitowych podstawianych kationami miedzi , które są aktywne w reakcji redukcji tlenków azotu.  Była to reakcja tzw. selektywnej katalitycznej redukcji, która pozwala na przetworzenie szkodliwych tlenków azotu w azot obecny w powietrzu. Wykorzystywałam technikę spektroskopii w podczerwieni, o której trochę już opowiadał Przemek (Przemysław Jodłowski – przypis I.S.) i też  badałam centra aktywne przy użyciu cząsteczek-sond, tj. tlenku węgla, tlenku azotu, amoniaku. Amoniak jest ponadto reduktorem tlenków azotu i w reakcji pomiędzy nimi powstaje wspomniany azot. Ta cząsteczka sonda jest uniwersalna. Nie dość, że pozwala rozróżniać rozmaite centra aktywne to dzięki temu, że jest jednym z reagentów biorących udział w redukcji tlenków azotu, możemy patrzeć na to, co dzieje się na powierzchni katalizatora: w jaki sposób amoniak absorbuje się na powierzchni, w jaki sposób później reaguje z tlenkiem azotu. Wszystkie te eksperymenty były robione w przepływie gazów , które możliwe są dzięki zastosowaniu specjalnej komory w przepływie gazów. Dzięki niej możemy jednocześnie prowadzić reakcję i podglądać ją.

Źródła

http://kinecat.pl/staff/

KOMENTARZE
news

<Czerwiec 2022>

pnwtśrczptsbnd
30
31
Packaging [R]evolution
2022-05-31 do 2022-05-31
Packaging Innovations
2022-05-31 do 2022-06-01
1
2
3
4
5
6
8
Beauty Innovations 2022
2022-06-08 do 2022-06-09
10
11
12
14
16
17
18
19
24
25
26
27
28
30
2
3
Newsletter