Zalacznik 2 Przemysław Jodłowski Autoreferat PL this pageZałącznik nr 2 do wniosku o nadanie...

Załącznik nr 2 do wniosku o nadanie stopnia doktora habilitowanego - dr inż. Przemysław Jakub Jodłowski Autoreferat - wersja polskojęzyczna

1

Załącznik nr 2

do wniosku o nadanie stopnia doktora habilitowanego

Autoreferat wersja polskojęzyczna

dr inż. Przemysław J. Jodłowski

Politechnika Krakowska Wydział Inżynierii i Technologii Chemicznej

Instytut Chemii i Technologii Organicznej


2

Kraków (2017)

1 Imię i nazwisko

Przemysław Jakub Jodłowski

2 Posiadane dyplomy, stopnie naukowe/artystyczne – z podaniem nazwy, miejsca

i roku ich uzyskania oraz tytułu rozprawy doktorskiej.

2004 – 2009: Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw

Kierunek studiów: technologia chemiczna

Uzyskany stopień: magister inżynier

Promotor: dr hab. Danuta Olszewska

2009 – 2013: Uniwersytet Jagielloński, Wydział Chemii

Studia Doktoranckie, Międzynarodowe Projekty Doktoranckie FNP

Uzyskany stopień: doktor nauk chemicznych (rozprawa doktorska obroniona

z wyróżnieniem)

Promotorzy: dr hab. Joanna Łojewska, dr hab. inż. Andrzej Kołodziej, prof. PAN

2014: Centrum Pedagogiki i Psychologii, Politechnika Krakowska, Studium

Pedagogiczne dla Nauczycieli Akademickich

3 Informacje o zatrudnieniu w jednostkach naukowych

19.11.2013 - 19.11.2014, Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki, Wydział

Inżynierii i Technologii Chemicznej, asystent naukowo-dydaktyczny

od 20.11.2014 do chwili obecnej, Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki,

Wydział Inżynierii i Technologii Chemicznej, adiunkt naukowo-dydaktyczny


3

4 Wskazanie osiągnięcia wynikającego z art. 16 ust. 2 ustawy z dnia 14 marca 2003

r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie

sztuki (Dz. U. 2016 r. poz. 882 ze zm. w Dz. U. z 2016 r. poz. 1311.):

A) Tytuł osiągnięcia naukowego

Przedłożone osiągnięcie naukowe ma postać monotematycznego cyklu publikacji naukowych pod zbiorczym tytułem:

„Projektowanie konwertera katalitycznego do usuwania zanieczyszczeń

z silników zasilanych biogazem: od centrum aktywnego do wypełnienia

strukturalnego reaktora”

Szczegółowe zestawienie cyklu zawiera pkt 4b.

Syntetyczne omówienie uzyskanych wyników zawiera pkt 4c.

B) Wykaz publikacji składających się na cykl „Projektowanie konwertera katalitycznego

do usuwania zanieczyszczeń z silników zasilanych biogazem: od centrum aktywnego

do wypełnienia strukturalnego reaktora.”

Nr Dane bibliograficzne IF (w roku

opublikowania)

Wkład

habilitanta

H01

P. J Jodłowski (*), R. J. Jędrzejczyk, D. Chlebda, M.

Gierada, J. Łojewska, In situ spectroscopic studies of

methane catalytic combustion over Co, Ce, and Pd

mixed oxides deposited on a steel surface, J. Catal. 350

(2017) 1-12. doi: 10.1016/j.jcat.2017.03.022

6.844* 70%

H02

P.J. Jodłowski (*), R.J. Jędrzejczyk, A. Rogulska, A.

Wach, P. Kuśtrowski, M. Sitarz, T. Łojewski, A.

Kołodziej, J. Łojewska, Spectroscopic characterization

of Co3O4 catalyst doped with CeO2 and PdO for

2.353 60%


4

methane catalytic combustion., Spectrochim. Acta. A.

Mol. Biomol. Spectrosc. 131 (2014) 696–701.

doi:10.1016/j.saa.2014.05.027.

H03

P.J. Jodłowski (*), D. Chlebda, E. Piwowarczyk, M.

Chrzan, R.J. Jędrzejczyk, M. Sitarz, A. Węgrzynowicz,

A. Kołodziej, J. Łojewska, In situ and operando

spectroscopic studies of sonically aided catalysts for

biogas exhaust abatement, J. Mol. Struct. 1126 (2016)

132–140. doi:10.1016/j.molstruc.2016.02.039.

1.753 60%

H04

P. J. Jodłowski (*), R. J Jędrzejczyk, D. Chlebda, A.

Dziedzicka, Ł. Kuterasinski, A. Gancarczyk, M. Sitarz,

Non-noble metal oxide catalysts for methane catalytic

combustion: sonochemical synthesis and

characterisation, Nanomaterials, 7(7) (2017) 174;

doi:10.3390/nano7070174

3.553* 60%

H05

P.J. Jodłowski (*), R.J. Jędrzejczyk, D. Chlebda, J.

Tyczkowski, J. Kryca, A. Kołodziej, J. Łojewska,

Structure effects on activity of plasma deposited cobalt

oxide catalysts for VOC combustion, Top. Catal.

(2017). doi:10.1007/s11244-016-0618-7.

2.486* 60%

H06

P. J. Jodłowski (*), D. K. Chlebda, R. J. Jędrzejczyk,

A. Dziedzicka, Ł. Kuterasiński, M. Sitarz,

Characterisation of well-adhered ZrO2 layers produced

on structured reactors using the sonochemical sol-gel

method, Appl. Surf. Sci. 427 (2017), 563-574.

doi: doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.08.057

3.387* 60%

H07

P.J. Jodłowski (*), Ł. Kuterasiński, R. J. Jędrzejczyk,

D. Chlebda, A. Garncarczyk, S. Basąg, L. Chmielarz,

DeNOx abatement modelling over sonically prepared

copper USY and ZSM5 structured catalysts, Catalysts 7

205 (2017), 1-14. doi:10.3390/catal7070205

3.082* 55%


5

H08

P.J. Jodłowski (*), R.J. Jędrzejczyk, A. Gancarczyk,

J. Łojewska, A. Kołodziej, New method of

determination of intrinsic kinetic and mass transport

parameters from typical catalyst activity tests: problem

of mass transfer resistance and diffusional limitation of

reaction rate., Chem. Eng. Sci. 162 (2017) 322–331.

doi:10.1016/j.ces.2017.01.024.

2.895* 70%

H09

A. Gancarczyk (*), M. Piątek, M. Iwaniszyn, P. J.

Jodłowski, J. Łojewska, J. Kowalska, A. Kołodziej, In

Search of Governing Gas Flow Mechanism through

Metal Solid Foams, Catalysts 5 124 (2017) 1–11.

doi:10.3390/catal7040124

3.082* 15%

Łącznie: 29.435 Śr. 57% *IF z roku 2016 wg. Journal of Citation Reports

W pracach [H01-H08] jestem pierwszym autorem i autorem korespondencyjnym.

Oświadczenia współautorów publikacji wraz z określeniem indywidualnego wkładu każdego

z nich w powstanie poszczególnych prac znajdują się w załączniku nr 5.

C) Omówienie celu naukowego przedłożonego cyklu prac i osiągniętych wyników

Wprowadzenie

Chociaż badania nad konwerterami katalitycznymi opartymi na metalach szlachetnych

prowadzone były już 30 lat temu, wciąż pozostaje wiele nierozwiązanych problemów, takich

jak dość niskie wartości parametrów związanych z transportem ciepła i masy w porównaniu

z wartościami spadku ciśnienia oraz duże wymiary instalacji, które z kolei generują wysokie

koszty. Powyższe ograniczenia skutkują występowaniem problemów na etapie projektowania

układów dopalania spalin w układach zasilanych biogazem. Spośród szeregu układów

oczyszczania spalin silniki na biogaz wydają się być najbardziej interesujące.

W rzeczywistości silniki te są coraz częściej stosowane jako alternatywa dla generatorów

energii do wytwarzania prądu elektrycznego i ciepła na szczeblu lokalnym (o mocy 12 MW).


6

Co więcej, spalany w tych silnikach biogaz (H2, CO, CO2, N2, HC`s) uznawany jest przez

producentów energii jako cenne paliwo, ponieważ w pełni wpisuje się w założenia bieżącej

strategii energetycznej związanej z dywersyfikacją paliw. Nadmienić należy jednak, że

w trakcie procesu spalania biogazu powstaje szereg szkodliwych związków. Skład gazów

odlotowych z silników zasilanych biogazem zestawiono w Tabeli 1.


7

Tabela 1. Skład spalin odlotowych z silników zasilanych biogazem, dane zaczerpnięto z [1,2]

Składnik Jednostka Zawartość (silniki Otto

oraz Diesla zasilanie

biogazem) [1]

Katalityczne turbiny

biogazowe [2]

CO mg/Nm3 1000 - 3600 1000 - 4000

NO mg/Nm3 100 - 1100 800

NO2 mg/Nm3 20 - 230

SO2 mg/Nm3 2 - 42

O2 % obj. 4 - 10

CO2 % obj. 8 - 16

Węglowodory (w tym

metan) mg/Nm3 <600 35 - 4000

Temperatura gazów

odlotowych ºC 50 - 310 400 - 460

Konieczność usuwania zanieczyszczeń gazowych ze strumieni odlotowych turbin zasilanych

biogazem jest konieczna nie tylko ze względu na ich silne właściwości toksyczne, ale również

ze względu szkodliwego ich wpływu na środowisko naturalne. Dopuszczalne w Polsce limity

emisji szkodliwych gazów z turbin zasilanych biogazem są regulowane prawem krajowym [3]

oraz europejskim [4].

Biorąc pod uwagę potrzebę dywersyfikacji energii, tutaj realizowaną poprzez

zastosowanie biogazu (jako cennego nośnika energii), a także konieczność zmniejszenia

emisji szkodliwych gazów do atmosfery, podjąłem tematykę badawczą związaną z aspektem

zaprojektowania efektywnego i stabilnego konwertera katalitycznego do usuwania tych

zanieczyszczeń.

Cykl prac [H01-H09] pt. ”Projektowanie konwertera katalitycznego do usuwania

zanieczyszczeń z silników zasilanych biogazem: od centrum aktywnego do wypełnienia

strukturalnego reaktora” stanowi podsumowanie moich kilkuletnich badań nad

opracowaniem konwertera katalitycznego do usuwania zanieczyszczeń z turbin biogazowych.

W toku prac jako modelowe związki reprezentujące składniki gazów odlotowych

wybrałem metan, n-heksan, n-nonan (pary) oraz NOx. Dobór tych związków nie był

przypadkowy. Pierwsze dwa składniki mogą powstawać wskutek niecałkowitego spalenia

biogazu. Metan jest gazem, który ze względu na swoją budowę (hybrydyzacja sp3) wymaga

szczególnych warunków reakcji (centrów aktywnych), podczas gdy pary n-heksanu


8

i n-nonanu zostały wybrane jako przedstawiciele lotnych związków organicznych, będących

składnikami biogazu. Dodatkowo w trakcie spalania biogazu, istotnym składnikiem

powstającym w trakcie procesu są tlenki azotu, będące niestechiometryczną mieszaniną NO2,

NO oraz podtlenku azotu N2O. Ze względu na trudność określenia ich wzajemnego stosunku

w mieszaninie określane są ogólnym wzorem NOx. Istotnym składnikiem biogazu jest

również SO2. Ten jednak usuwany jest ze strumieni biogazu przed wlotem do komory

spalania ze względu na silne właściwości korozyjne. Wybór związków: CH4, n-C6H14,

n-C9H20 oraz NOx w dużym przybliżeniu stanowi odzwierciedlenie składu gazów odlotowych

z silników zasilanych biogazem.

Projektowaniekonwerterakatalitycznego

Projektowanie konwertera katalitycznego do usuwania zanieczyszczeń ze strumieni

odlotowych turbin biogazowych ze względu na różne wymagania technologiczne dotyczące

procesów katalitycznych (katalityczne dopalanie, selektywna redukcja NOx), aktywności

katalizatorów, wypełnień reaktora i finalnie rozmiaru reaktora, wymaga kompleksowego

zgłębienia tego zagadnienia, począwszy od centrum aktywnego aż po wypełnienia

konwertera. Poszczególne cele badawcze podejmowane przeze mnie mogą być zobrazowane

za pomocą diagramu przedstawionego na Rysunku 1.


9

Rysunek 1. Etapy projektowania katalizatora; TPSR – programowana temperaturowo reakcja

powierzchniowa (Temperature Programmed Surface Reaction), AFM – mikroskopia sił

atomowych (Atomic Force Microscopy), SEM- skanningowa mikroskopia elektronowa

(Scanning Electron Microscope), XPS – spektroskopia fotoelektronów (X-ray Photoelectron

Spectroscopy)

Nowoczesne projektowanie katalizatorów do dowolnego procesu technologicznego powinno

konsolidować w sobie trzy skale: mikroskalę, mezoskalę oraz makroskalę. W mikroskali,

dzięki zastosowaniu nowoczesnych technik spektroskopowych in situ możliwe jest

zidentyfikowanie cząsteczek biorących udział w jednostkowym akcie elementarnym,

Zastosowanie technik operando możliwa z kolei jednoczesną obserwację powierzchni, jak

i fazy gazowej w warunkach rzeczywistych procesu [H01-H03]. Stosując takie techniki jak

in situ DRFIT, in situ Raman, mikroskopię AFM, SEM, jak również techniki sprzężone in situ

DRIFT/MS możliwe jest określenie mechanizmu reakcji dopalania [H01-H06]. W kolejnym

etapie, znając już mechanizm reakcji, możliwy jest dobór i optymalizacja katalizatora [H02-


10

05], jego preparatyka w formie proszkowej jak również (w przypadku katalizatorów

strukturalnych) jego nanoszenie na różne struktury [H06]. Finalnym etapem projektowania

reaktora z wypełnieniem strukturalnym jest dobór parametrów wypełnienia reaktora, tak aby

wykazywał on wysokie wartości współczynników związanych z transportem masy i ciepła,

przy jednocześnie niskich oporach przepływu [H07-H08]. Optymalizacja parametrów

transportowych poprzez dobór odpowiednich wypełnień reaktora, pozwala na

przeprowadzenie symulacji aktywności reaktora w warunkach rzeczywistych bez

kosztownych eksperymentów na pracujących instalacjach technologicznych. Opracowanie

modelu reaktora z wypełnieniem strukturalnym, przy znajomości parametrów

technologicznych procesu, parametrów kinetycznych katalizatora w danej reakcji oraz

parametrów inżynierskich wypełnień, możliwe jest poprzez określenie teoretycznych

wielkości definiujących efektywność katalizatora (długość reaktora, spadki ciśnienia,

temperaturę fazy gazowej i katalizatora oraz ilość katalizatora wymagana do uzyskania

całkowitej konwersji) w trakcie procesu [H09].

Centraaktywne–mechanizmreakcji

Obecnie powszechnie stosowanymi katalizatorami w reakcjach katalitycznego dopalania

węglowodorów (w tym metanu) są katalizatory oparte na metalach szlachetnych takich jak:

Pt, Pd czy Rh [5]. Zastosowanie innych metali szlachetnych niż Pt i Pd w reakcjach

katalitycznego dopalania jest ograniczone ze względu na ich wysoką lotność, jak również

dostępność oraz cenę. W literaturze można spotkać również szereg informacji dotyczących

badań nad zastosowaniem katalizatorów nośnikowych opartych na metalach przejściowych

jak Co, Cr, Cu oraz Ce. Jednakże w tym przypadku okno temperaturowe, w którym zachodzi

reakcja katalitycznego dopalania jest przesunięte w stronę wyższych temperatur,

dochodzących do 1000 K. Różnic w zakresach temperatur, w których zachodzi reakcja

katalityczna dla katalizatorów opartych na metalach szlachetnych i przejściowych, należy

doszukiwać się w mechanizmie reakcji dopalania. Powszechnie przyjęto, że etapem

limitującym reakcję dopalania jest rozerwanie wiązania C-H w cząsteczce węglowodoru. Aby

nastąpiło rozerwanie wiązania C-H, które w przypadku cząsteczki metanu ma charakter lekko

kwasowy (pKa = 46), centra aktywne katalizatora zdolne do deprotonacji metanu muszą być

silnie zasadowe [6].


11

Poszukując aktywnego katalizatora do procesu dopalania metanu, naturalnym

wyborem było zastosowanie palladu jako referencyjnego i powszechnie stosowanego

w przemyśle katalizatora, oraz ceru i kobaltu jako przedstawicieli katalizatorów z grupy

metali przejściowych [H01]. Poszukując informacji literaturowych nt. centrów aktywnych

biorących udział w reakcji dopalania metanu i mechanizmu reakcji, zauważyłem, że nie ma

jednoznacznie opisanego przekazu pozwalającego na określenie elementarnych procesów

zachodzących na katalizatorach tlenkowych w trakcie reakcji katalitycznego dopalania

metanu. Wynika to z faktu, że w większości przypadków prace opisujące mechanizm reakcji

dopalania metanu pochodzą jeszcze z lat 90. ubiegłego wieku. W literaturze dotyczącej

katalitycznego dopalania metanu na katalizatorach tlenkowych odnaleźć można trzy możliwe

mechanizmy: Eleya-Rideala, Langmuira-Hinshelwooda oraz Marsa-van Krevelena [5,7–15].

Mechanizmy te opracowane zostały poprzez dopasowanie wyników badań kinetycznych do

równań kinetycznych opisujących dany mechanizm. Wraz z rozwojem technik

spektroskopowych in situ oraz operando możliwe stało się określenie mechanizmu reakcji

oraz produktów przejściowych w rzeczywistych warunkach procesu. W celu określenia

mechanizmu reakcji oraz produktów przejściowych jako modelowe katalizatory wybrałem

impregnowane katalizatory Pd/Al2O3, bimetaliczne Co-Pd/Al2O3 oraz CoCe/Al2O3 [H01].

Wybór takich układów nie był przypadkowy. Katalizatory palladowe osadzone na tlenku

glinu są powszechnie stosowane w przemyśle. Katalizator cerowy stosowany jest w reakcjach

dopalania tlenku węgla(II). Bimetaliczny katalizator Co-Pd/Al2O3 stanowił zatem naturalne

połączenie aktywnego katalizatora kobaltowego i domieszki katalizatora palladowego. Taki

układ umożliwił obniżenie temperatury reakcji całego procesu. W ramach badań

przeprowadzono szereg eksperymentów katalitycznych oraz spektroskopowych przy

zastosowaniu spektroskopii in situ DRIFT oraz in situ Raman. Wyniki katalityczne wykazały,

że aktywność katalizatora bimetalicznego Co-Pd/Al2O3 jest istotnie wyższa niż aktywność

katalizatora palladowego. W wyniku przeprowadzonych eksperymentów dowiedziono, że

metan nie adsorbuje się na powierzchni katalizatorów tlenkowych w warunkach reakcji bez

dostępu powietrza (Rys. 2).


12

Rysunek 2. Widmo in situ DRIFT dla katalizatora Pd0.001 w przepływie mieszaniny 1.600

mol% CH4/He w różnych temperaturach [H01]

Ponadto, dobierając warunki procesu, w ten sposób, iż do mieszaniny 1.600 mol%

CH4/He plusowo dodawano tlen, udowodniono, że metan adsorbuje się na powierzchni

katalizatorów w formie –OCH3 (Rys. 3) [H01].


13

Rysunek 3. Pulsowe eksperymenty in situ DRIFT: (A) Pd0.001, (C) Co1Pd0.001, (B)

ewolucja pasm dla katalizatora Pd0.001 w 250 °C, (D) ewolucja pasm dla katalizatora

Co1Pd0.001 w 250 °C [H01]

Powstawanie aktywnej formy –OCH3 na powierzchni katalizatorów w procesie dopalania

węglowodorów na katalizatorach tlenkowych było postulowane w literaturze, jednakże

nadmienić należy, że tezy te oparte były jedynie na spekulacjach, bez potwierdzenia

występowania tych form za pomocą metod spektroskopowych. Przeprowadzając

eksperymenty in situ DRIFT na katalizatorach w temperaturach od 110 °C do 450 °C

w warunkach nadmiaru i deficytu tlenu, określono produkty przejściowe reakcji dopalania

metanu na katalizatorze bimetalicznym Co-Pd/Al2O3. Uzyskane wyniki pozwoliły na

opracowanie mechanizmu reakcji dopalania metanu na tym katalizatorze (Rys. 4).


14

Rysunek 4. Mechanizm dopalania metanu na katalizatorze Co-Pd/Al2O3 [H01]

W przeciwieństwie do mechanizmów utleniania metanu na katalizatorach opartych na

palladzie, które są postulowane w literaturze, zaproponowany mechanizm (Rys. 4)

przedstawia szczegółową ścieżkę reakcji chemicznej potwierdzoną eksperymentalnie.

Większość doniesień literaturowych zakłada, że formaldehyd jest uwalniany w niewielkich

ilościach do fazy gazowej, lub rozkłada się na CO i H2. Jednakże, wyniki eksperymentów

pokazują, że w fazie gazowej nie wykryto HCHO [H02]. Zaproponowany w pracy [H01]

mechanizm reakcji różni się od typowego mechanizmu Marsa van Krevelena, postulowanego

w literaturze dla katalizatorów opartych na palladzie [16–21]. Zaproponowany w pracy

[H01] mechanizm reakcji dopalania metanu na bimetalicznym układzie Co-Pd/Al2O3

jest pierwszym wyprowadzonym mechanizmem reakcji mającym potwierdzenie

w wynikach spektroskopowych in situ.


15

Syntezakatalizatorów

W toku prac nad projektowaniem katalizatorów do dopalania węglowodorów (CH4 oraz

n-C6H14 i n-C9H20) oraz selektywnej redukcji NOx prowadzono badania nad optymalizacją

preparatyki katalizatorów w formie proszków [H01, H03, H04, H09] jak również w postaci

warstw naniesionych na struktury metaliczne [H02, H05, H06, H07].

Powszechnie stosowaną metodą preparatyki katalizatorów do procesów dopalania oraz

selektywnej redukcji tlenków azotu jest impregnacja nośników przy zastosowaniu

odpowiednich soli metali. W początkowych badaniach nad optymalizacją preparatyki

katalizatorów zastosowywano klasyczną metodę impregnacji [H01, H03, H04, H09].

Katalizatory bimetaliczne w układzie kobalt-pallad otrzymywane metodą impregnacji

wykazały wysoką aktywność w reakcji katalitycznego dopalania metanu [H01] znacznie

przewyższając aktywność katalityczną katalizatora Pd/Al2O3. Nie sposób nie wspomnieć, że

otrzymany katalizator metaliczny charakteryzował się niską zawartością palladu wynoszącą

zaledwie 0.40 ± 0.06%at (pomiar XPS). W literaturze przedmiotu brak było wyjaśnienia tak

wysokiej aktywności katalizatora bimetalicznego w układzie Co-Pd, gdzie pallad stanowił

niewielką domieszkę/wtrącenie. Poszukując korelacji pomiędzy aktywnością katalityczną

a strukturą powierzchni katalizatorów bimetalicznych Co-Pd oraz Co-Ce [H01],

przeprowadzono badania in situ Raman, XPS oraz EDX [H02]. Charakterystyka

katalizatorów za pomocą spektroskopii Ramana i XPS wykazała, że aktywną formą kobaltu

w katalizatorze jest spinel kobaltu Co3O4 i PdO. Referencyjny katalizator kobaltowy nie

wykazał aktywności w reakcji katalitycznego dopalania metanu. To wraz z faktem, że

w przypadku katalizatorów kobaltowych domieszkowanych cerem, przy zastosowaniu

spektroskopii XPS na powierzchni katalizatora występuje jedynie spinel kobaltowy - brak jest

natomiast tlenku ceru. Brak dostępu reagentów do centrów aktywnych pochodzących od

CeO2 może być powodem najniższej aktywności w reakcji spalania metanu. Dobór metod

spektroskopowych XPS oraz EDX jako metod komplementarnych spowodowany był tym, że

metody te różnią się głębokością penetracji próbek przez zastosowaną wiązkę. W metodzie

XPS, sygnał pochodzi zaledwie od kilku monowarstw katalizatora, podczas gdy metoda EDX

znacznie głębiej oddziaływane z materią. Zastosowanie tych dwóch metod, wykazało różnice

w dystrybucji i rozkładzie aktywnych tlenków metali na powierzchni otrzymanych

katalizatorów. W przypadku próbek zawierających pallad: katalizatora bimetalicznego Co-Pd


16

oraz referencyjnego katalizatora palladowego, powierzchnia wzbogacona jest w pallad.

Dostępność centrów pochodzących od tlenku palladu na powierzchni katalizatorów Co-Pd

oraz Pd może tłumaczyć ich wysoką aktywność w reakcji dopalania metanu. Metody

spektroskopowe zastosowane w pracy [H02] (XPS, in situ Raman, EDX) pozwoliły

wyznaczyć rozkład poszczególnych metali aktywnych ze względu na głębokość penetracji

próbek.

Dalsze prace nad optymalizacją preparatyki katalizatorów do katalitycznego dopalania

węglowodorów prowadziłem dzięki uzyskaniu finansowania w ramach projektów: Sonata 9

„Sonochemia jako narzędzie do aktywacji katalizatorów. Badania „in situ” i „operando” oraz

Lider 6 „Nowoczesne rozwiązania technologiczne dedykowane do usuwania zanieczyszczeń

z silników i turbin biogazowych. Strukturalny konwerter katalityczny LZO i NOx.”.

Uzyskanie finansowania w dziedzinie badań podstawowych nad syntezą katalizatorów przy

zastosowaniu innowacyjnej metody sonochemicznego otrzymywania katalizatorów pozwoliło

mi rozszerzyć wachlarz metod preparatyki katalizatorów. To, co różni metody preparatyki

katalizatorów przy zastosowaniu sonochemii od klasycznej impregnacji to jej prostota.

W metodzie tej, poprzez dobór parametrów syntezy, takich jak częstotliwość oddziaływania

ultradźwięków z roztworem, moc, czas sonikacji, rodzaj zastosowanego roztworu, czy też

temperatura roztworu wpływa na wielkość i kształt otrzymywanych nanocząstek. Preparatyka

nanocząstek przy zastosowaniu metod sonochemicznych oparta jest na oddziaływaniu

ultradźwięków (20 kHz -1 MHz) z ośrodkiem [22]. W wyniku tego oddziaływania następuje

zjawisko kawitacji akustycznej. Jednoczesne powstawanie i zapadanie się pęcherzyków

powoduje występowanie wysokich temperatur (ok. 6500 K) oraz wysokich ciśnień (około

1000 atm). W takich warunkach następuje inicjacja reakcji chemicznej w środowisku

ciekłym. Szybkie zapadanie się pęcherzyków powoduje gwałtowny spadek temperatury (1011

K/s) i zapobiega aglomeracji powstających nanocząstek metali. W pracy [H03] stosując

metodę sonochemii otrzymano i scharakteryzowano katalizatory osadzone na Al2O3 stosując

takie metale jak: Pd, Co, Cu oraz Cr. Optymalizując preparatykę katalizatorów, zastosowano

zmienne stężenia prekursorów. Jak założono, zawartość materiału aktywnego

w katalizatorach wzrastała wraz ze wzrostem stężenia prekursora. Otrzymane katalizatory

wykazały wysoką aktywność w reakcji dopalania metanu (Rys. 5)


17

Rysunek 5. Krzywe konwersji katalizatorów otrzymanych metodą sonochemiczną;

strumień wlotowy 0.4% CH4/powietrze, przepływ 25 cm3/min [H03]

Spośród katalizatorów otrzymanych metodą sonochemiczną opartych na metalach

przejściowych największą aktywność wykazywał katalizator chromowy (Rys. 5., Cr1).

W celu wyznaczenia korelacji pomiędzy strukturą a aktywnością przeprowadzono badania

in situ Raman oraz badania operando DRIFT/MS. Przeprowadzone badania spektrosopowe

in situ Raman potwierdziły obecność nanocrystalicznych ugrupowań tlenkowych Cr6+

(Rysunek 6).


18

Rysunek 6. Widma in situ Raman katalizatorów otrzymanych metodą sonochemiczną [H03]

Analizując powierzchnię katalizatorów podczas reakcji dopalania metanu przy zastosowaniu

spektroskopii operando DRIFT/MS, udowodniono, że mrówczany i węglany są produktami

przejściowymi reakcji [H03]. Ponadto, analiza fazy gazowej wykazała, że mrówczany są

stabilne na powierzchni i reagują z tlenem i utleniają się do dwutlenku węgla i wody

(Rysunek 7).


19

Rysunek 7. Wyniki badań DRIFT/MS dla katalizatora chromowego otrzymanego metodą

sonochemiczną; strumień wlotowy 0.4% CH4/powietrze, przepływ 25 cm3/min [H03]

Najważniejszym osiągnięciem pracy [H03] jest udowodnienie, że w trakcie procesu

katalitycznego dopalania metanu na katalizatorach nie powstają pary kwasu octowego

oraz formaldehydu, jak postulowano w pracy [5]. Uzyskane wyniki prac przedstawione

w [H03] są przedmiotem krajowego oraz międzynarodowego zgłoszenia patentowego.

Dalsze badania nad optymalizacją parametrów preparatyki katalizatorów opartych na

metalach przejściowych przy zastosowaniu metody sonochemicznej obejmowały wpływ

stabilizatorów dodawanych w trakcie procesu syntezy na właściwości katalizatorów oraz

aktywność katalityczną w reakcji dopalania metanu [H04]. W pracy [H04] przedstawiono

sposób preparatyki katalizatorów opartych na metalach przejściowych (Pd, Co, Cu, Cr)

osadzonych na nośniku ZrO2 stosując dodatek laurylosiarczanu sodu (SDS) jako związku

zapobiegającemu aglomeracji nanocząstek [22–24]. W celu wyprowadzenia zależności

pomiędzy wpływem sposobu preparatyki przygotowano 4 serie katalizatorów: katalizatory

otrzymane z dodatkiem soli SDS, katalizatory referencyjne zsyntezowane metodą

sonochemiczną oraz ich odpowiedniki przygotowane klasyczną metodą pierwszej

wilgotności. Otrzymane katalizatory scharakteryzowane zostały szeregiem metod takich jak:


20

dyfrakcja rentgenowska (XRD), spektroskopia fluorescencji rentgenowskiej (XRF),

skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM), spektroskopia dyspersji energii

promieniowania rentgenowskiego (EDS), transmisyjna mikroskopia elektronowa (TEM) oraz

spektroskopia in situ µRaman. Aktywność katalityczną otrzymanych katalizatorów określono

w reakcji katalitycznego dopalania metanu. Wyniki pomiarów mikroskopowych TEM

wykazały, że wielkość ziaren maleje wraz z zastosowaniem dodatku soli SDS w trakcie

preparatyki (Rysunek 8).

Rysunek 8. Rozkład wielkości ziaren katalizatorów otrzymanych metodą sonochemiczną

[H04]

W trakcie badań wykazano również, że materiał aktywny jest równomiernie

rozdystrybuowany na powierzchni nośnika ZrO2. Niewątpliwym osiągnięciem opisywanej

pracy jest fakt, że katalizatory otrzymywane metodą sonikacji miały znacząco wyższą

aktywność katalityczną od katalizatorów otrzymanych klasyczną metodą pierwszej

wilgotności. Katalizatory otrzymane metodą sonikacji różniły się wielkością ziaren materiału


21

aktywnego. Początkowe wyniki korelacji wpływu wielkości ziaren materiału aktywnego na

aktywność katalizatora, wykazały, że w przypadku katalizatorów otrzymanych metodą

sonochemiczną mniejsza wielkość ziaren wpływa korzystnie na aktywność katalizatora

w reakcji dopalania metanu. Jednakże, zróżnicowanie katalizatorów pod względem

zawartości materiału aktywnego nie pozwoliło na wyprowadzenie zależności konwersji

i selektywności od wielkości ziaren materiału aktywnego.

W literaturze dotyczącej katalitycznego dopalania zarówno metanu jak i lotnych

związków organicznych wielokrotnie raportowano zależność szybkości reakcji katalitycznego

dopalania metanu od wielkości ziaren materiału aktywnego [25]. Jednakże, dotychczas nie

wypracowano jednoznacznego stanowiska czy wielkość ziaren faktycznie ma wpływ na

szybkość reakcji katalitycznego dopalania węglowodorów. Przykładowo w pracy [26] wpływ

wielkości ziaren Pt oraz Pd osadzonych na γ-Al2O3 określany był w reakcji dopalania trzech

przykładowych lotnych związków organicznych: butanolu, benzenu oraz alkoholu etylowego.

W przypadku katalizatorów Pt/γ-Al2O3 szybkość reakcji utleniania benzenu oraz alkoholu

etylowego rosła wraz ze wzrostem krystalitu platyny. Z drugiej jednak strony, reakcja

katalitycznego dopalania butanolu nie wykazała zależności szybkości reakcji od wielkości

ziaren platyny. Aktywność katalityczna na katalizatorze palladowym rosła ze wzrostem

wielkości krystalitu w reakcji dopalania butanolu oraz benzenu, podczas gdy w reakcji

dopalania alkoholu etylowego malała. Podobne wnioskowanie przedstawiono w pracy [25]

dla katalitycznego dopalania metanu na katalizatorach Pt/Al2O3 oraz Pd/Al2O3. W związku

z nielicznymi doniesieniami dotyczącymi badań nad czułością reakcji katalitycznego

dopalania w zależności od struktury katalizatora, w pracy [H05] podjęto próbę korelacji

aktywności katalitycznej strukturalnych katalizatorów kobaltowych otrzymanych metodą

plazmy nierównowagowej (POMOCVD, plasma-enhanced metal—organic chemical vapour

deposition). Zastosowanie tej metody preparatyki do katalizatorów strukturalnych

podyktowane było relatywną łatwością osadzania fazy aktywnej na nośnikach metalowych.

Dobierając różne parametry preparatyki takie jak: szybkość przepływu oraz atmosfera

(środowiska tlenowe lub beztlenowe) otrzymano cztery katalizatory strukturalne. Parametry

fizykochemiczne określono przy zastosowaniu szeregu badań fizykochemicznych takich jak:

mikroskopia sił atomowych, spektroskopia in situ Raman oraz spektroskopia fotoelektronów

XPS. Zestawiając wyniki testów katalitycznych dopalania n-nonanu wykazano, że największą

aktywnością wykazywały się katalizatory kobaltowe otrzymywane w warunkach


22

beztlenowego osadzania w reaktorze plazmowym. Wyniki badań spektroskopii Ramana oraz

XPS, potwierdziły, że aktywną formą katalizatorów otrzymanych w warunkach beztlenowych

jest spinel kobaltowy Co3O4, podczas gdy dla mniej aktywnych katalizatorów kobaltowych

otrzymanych w warunkach tlenowych przeważającą formą kobaltu była amorficzna forma

CoOx. Zastosowanie zmiennych warunków preparatyki katalizatorów pozwoliło na

otrzymanie katalizatorów o zróżnicowanej powierzchni. Analiza AFM wykazała, że

powierzchnia katalizatora otrzymanego w warunkach tlenowych pokryta jest kulistymi

ziarnami, podczas gdy zastosowanie warunków beztlenowych faworyzuje uzyskanie ziaren w

postaci cylindrów. Analiza powierzchni przy zastosowaniu mikroskopii AFM wykazała

zbliżone wielkości ziaren pomimo zróżnicowania parametrów syntezy. Jednakże, korelując

aktywność katalityczną ze strukturą powierzchni określoną przy zastosowaniu spektroskopii

in situ Raman decydujący wpływ na aktywność katalityczną miała obecność spinelowej

formy tlenku kobaltu na powierzchni katalizatora.

Jednym z kluczowych elementów projektowania konwertera katalitycznego opartego

na krótkokanałowych strukturach metalicznych jest osadzenie nośnika zwiększającego

powierzchnię aktywną bądź dostarczającego dodatkowych centrów aktywnych na

powierzchni tych struktur. O ile preparatyka klasycznych katalizatorów nośnikowych jest

relatywnie prosta, to przygotowanie reaktora katalitycznego opartego na metalicznych

strukturach krótkokanałowych wiąże się z niemałym wyzwaniem. W literaturze dotyczącej

osadzania nośników na strukturach metalicznych zaproponowano szereg metod preparatyki,

od metody zol-żel [27–34][H02], poprzez metodę chemicznego osadzania par (CVD),

fizycznego osadzania par (PVD), za pomocą plazmy nierównowagowej (Plasma CVD)

[35][H05], osadzania elektrofoterycznego [36], czy metody Langmuira-Blodgett [37].

Jednakże, zastosowanie ww. do preparatyki katalizatorów strukturalnych mających

zastosowanie w przemyśle ogranicza się jedynie do metody zol-żel. Zastosowanie metody

zol-żel do procesów wysokotemperaturowych, takich jak katalityczne dopalanie oraz NH3

SCR deNOx wymaga otrzymania warstw katalizatora, który wykazywałyby wysoką

odporność termiczną oraz chemiczną. W pracy [H06] przedstawiono innowacyjną metodę

osadzania ZrO2 na strukturach metalicznych typu FeCralloy przy zastosowaniu metody

sonochemicznej. Wybór stopu typu Kanthal podyktowane jest występowaniem glinu w

strukturze stopu. W trakcie obróbki termicznej w 1000 °C na powierzchni blachy wytwarzana


23

jest cienka warstwa a-Al2O3, która znacznie zwiększa adhezję pomiędzy metalicznym

nośnikiem a warstwą nośnika tlenkowego. Poprzez dobór prekursora cyrkonu oraz

odpowiednich parametrów sonikacji, opracowano metodę pozwalającą na powtarzalne

osadzanie warstw ZrO2 na nośniku metalowym. Ponadto, przeprowadzone testy

wytrzymałości mechanicznej (Rysunek 9) i termicznej wykazały, wysoką odporność na

dezaktywację mechaniczną i termiczną.


24

Rysunek 9. Wyniki testów wytrzymałości mechanicznej w teście ultradźwiękowym po

5, 10 i 30 minutach; a) 3-krotnie nałożona warstwa nośnika ZrO2 na strukturę metalową, b)

referencyjna warstwa ZrO2 [H06]

Osiągnięciem pracy [H06] jest opracowanie innowacyjnej metody, która w połączeniu ze

sposobami preparatyki katalizatorów przedstawionych w [H01-H05] mogą stanowić

alternatywę dla obecnie stosowanych metod preparatyki katalizatorów strukturalnych.

Wyniki pracy posłużyły do opracowania tekstów zgłoszeń patentowych: krajowego [38]

oraz międzynarodowego [39].

Kolejnym etapem badań nad projektowaniem konwertera katalitycznego do usuwania

zanieczyszczeń z turbin zasilanych biogazem było opracowanie i optymalizacja aktywnego

katalizatora deNOx. W literaturze przedmiotu, można znaleźć szereg układów począwszy od

komercyjnego katalizatora NH3 SCR deNOx (80% TiO2, 9% WO3, 6% SiO2, 1% CaO, 1%

Al2O3, 3% V2O5) [40], poprzez katalizatory do selektywnej redukcji węglowodorami

HC-SCR [41], do katalizatorów zeolitowych stosowanych w NH3 SCR deNOx [42]. Spośród

licznych doniesień literaturowych największym zainteresowaniem cieszą się zeolity typu

ZSM-5 oraz Y dotowane miedzą [43], żelazem [44] bądź kobaltem [45]. Zeolity zyskały tak

wysokie zainteresowanie ze względu na stosunkową łatwość w modyfikacji centrów

aktywnych na powierzchni katalizatora, w doborze ilości metalu aktywnego poprzez

optymalizacji parametrów wymiany jonowej. Co więcej zeolity wykazują wysoką aktywność

i selektywność do azotu. Z drugiej strony, układy te posiadają również wady, spośród których

do największych można zaliczyć dezaktywację w wysokich temperaturach, czułość na

obecność wody, oraz niestabilność hydrotermiczną. Poszukując zatem aktywnego katalizatora

skupiłem się na opracowaniu metody, która wyeliminowałaby problemy związane

z dezaktywacją zeolitów w procesie NH3 SCR deNOx. W pracy [H07] przedstawiono

nowatorską metodę preparatyki katalizatorów zeolitowych do procesu NH3 SCR deNOx przy

zastosowaniu metody sonochemicznej. W pracy otrzymano serię katalizatorów miedziowych

stosując ultrastabilizowany zeolit typu Y (USY) oraz ZSM-5. Katalizatory otrzymane

opracowaną metodą wykazywały wysoką aktywność w niskich temperaturach (Rysunek

10A), jak również niemalże stałą, bliską 100% selektywność reakcji do N2 (Rysunek 10B).


25

Rysunek 10. Wyniki testów katalitycznych na katalizatorach zeolitowych

otrzymanych metodą sonochemiczną oraz klasycznej wymiany jonowej; A) szybkość reakcji,

B) selektywność reakcji do N2 [H07]

Wysoka aktywność katalizatorów zeolitowych otrzymanych w pracy [H07] jest

obecnie przedmiotem dalszych badań w celu określenia korelacji pomiędzy aktywnością,

a strukturą katalizatorów. Ze względu na fakt, iż metoda ta wcześniej nie została nigdzie

zaprezentowana oraz to, że uzyskane wyniki mogą stanowić istotny wkład w procesy

usuwania NOx w przemyśle, otrzymane katalizatory są przedmiotem krajowego zgłoszenia

patentowego [46].

Wpływtransportumasynaaktywnośćkatalizatora

W każdej reakcji katalizowanej heterogenicznie, jednym z etapów jest proces obejmujący

transport reagentów do i z centrum aktywnego. Zjawiska te mają istotny wpływ na kinetykę

reakcji, jak również na finalną wydajność całego procesu. Są one szczególnie istotne

w przypadku, gdy analizowane procesy katalityczne są stosunkowo szybkie, tak jak ma to

miejsce w reakcjach katalitycznego dopalania. W celu właściwej optymalizacji parametrów

reaktora katalitycznego niezbędna jest znajomość zjawisk transportowych. Z reguły do

wyznaczenia rzeczywistych parametrów kinetycznych katalizatorów w danej reakcji

katalitycznej stosowane są reaktory bezgradientowe (CSTR), w których zapewnione jest

idealne mieszanie reagentów, co skutkuje zmniejszeniem gradientów pomiędzy fazą gazową

a centrum aktywnym katalizatora. Jednakże, pomimo zastosowania reaktorów CSTR wyniki


26

eksperymentalne dla reakcji heterogenicznych często obarczone są znaczącym wpływem

zjawisk transportowych. Można to zaobserwować w postaci charakterystycznych zagięć

wykresu szybkości reakcji w niskich temperaturach reakcji (reakcja w obszarze, gdzie

dominuje wpływ szybkości dostarczania reagentów do centrum aktywnego). Dla określenia

rzeczywistych wartości kinetycznych konieczne jest zastosowanie modelu, uwzględniającego

wpływ oporów transportowych na szybkość reakcji. W pracy [H08] przedstawiono model

matematyczny pozwalający na określenie rzeczywistych paramentów kinetycznych dla

reakcji katalitycznego dopalania metanu oraz n-heksanu. Wyprowadzony model oparty jest na

bilansie masy dla reaktora bezgradientowego. W obliczeniach zastosowano dwa graniczne

przypadki: 1) gdy szybkość transportu reagentów do powierzchni katalizatora jest znacząco

większa niż szybkość reakcji na powierzchni, gdzie opór wnikania masy może być pominięty

oraz 2) gdzie szybkość reakcji jest znacząco mniejsza niż szybkość dostarczania reagentów do

powierzchni katalizatora, co powoduje, że transport reagentów stanowi etap limitujący

reakcji. Wyprowadzając bilans masy dla procesu, obejmujący reakcję katalityczną, parametry

wypełnienia reaktora oraz wpływ temperatury na parametry takie jak współczynnik dyfuzji,

gęstość i lepkość, wyprowadzono zależność współczynnika transportu masy od temperatury.

Wyprowadzenie równania pozwoliło na estymację rzeczywistych parametrów kinetycznych

dla reakcji katalitycznego dopalania metanu oraz n-heksanu na katalizatorach strukturalnych.

Statystyczna analiza estymowanych rzeczywistych parametrów kinetycznych wykazała, że

krzywe kinetyczne uwzględniające wpływ transportu masy na parametry kinetyczne

charakteryzują się mniejszym błędem, niż pozorne parametry kinetyczne. Wyprowadzony

model matematyczny pozwalający na odseparowanie parametrów transportowych od

parametrów kinetycznych pozwala na międzylaboratoryjne porównywanie danych

kinetycznych dla tych samych procesów. Dodatkowo, uzyskanie rzeczywistych wyników

kinetycznych pozwala na zmniejszenie błędów mogących powstać w trakcie skalowania

katalizatorów.

Dobórwypełnieniaimodelowaniereaktora

Ostatnim etapem projektowania katalizatora jest dobór wypełnienia strukturalnego. Spośród

obecnie stosowanych wypełnień najczęściej stosowanymi są wypełnienia monolityczne.

Swoją popularność zyskały dzięki zastosowaniu ich w przemyśle samochodowym jako

wypełnienia katalizatorów trójfunkcyjnych TWC [47]. Niewątpliwymi zaletami wypełnień


27

monolitycznych są niskie opory przepływu, cena oraz łatwość preparatyki. Jednakże,

posiadają szereg wad, do których można zaliczyć niskie parametry transportu masy i ciepła,

występowanie lokalnych przegrzewań oraz rozmiary konwertera. Alternatywą dla monolitów

mogą być krótkokanałowe wypełnienia strukturalne, które eliminują wyżej wymienione

problemy. Spośród krótkokanałowych wypełnień reaktorów do najczęściej stosowanych

należą: struktury siatkowe, struktury o przekrojach trójkątnych oraz piany [48]. Te ostatnie

zyskują coraz większą popularność dzięki wysokim parametrom transportowym, przy

jednocześnie relatywnie niskich oporach przepływu i wysokiej porowatości, przekraczającej

90%. W pracy [H09] przedstawiono modele opisujące mechanizm przepływu przez piany

aluminiowe. W celu wyprowadzenia zależności opisujących przepływ gazu przez siatki.

Zastosowano dwie metodologie opisu: przepływu przez krótki kanał oraz opływu ciała

stałego. Na podstawie przeprowadzonych eksperymentów określono wartości

współczynników oporu hydraulicznego Fanninga dla trzech pian o różnych parametrach

oczek na cal (PPI). Wyprowadzone parametry transportowe dla pian pozwalają na dalszą

optymalizację struktur pianowych do zastosowania w procesach katalitycznych.

Zastosowanie reaktorów w procesach katalitycznych dopalania węglowodorów jak

również selektywnej redukcji NOx, niewątpliwie oprócz opracowania i optymalizacji

katalizatora wymaga również określenia jego finalnej wydajności w danym procesie

katalitycznym. Określenie takich parametrów jak aktywność, selektywność, wydajność,

długość konwertera wymagana do osiągnięcia określonej konwersji czy temperatura

katalizatora jest niezbędne z technologicznego punktu widzenia. Niestety, wykonanie testów

katalitycznych na pracujących instalacjach technologicznych jest rzadkością ze względu na

wysokie koszty oraz trudności technologiczne. Określenie tych parametrów jest możliwe

jednak dzięki wyprowadzeniu modelu matematycznego reaktora z wypełnieniem

strukturalnym dla danego procesu.

W pracach [H07] i [H08] opracowano modele reaktora strukturalnego dla wypełnień

strukturalnych w reakcjach NH3 SCR deNOx [H07] i katalitycznego dopalania n-heksanu

oraz metanu [H08]. Modele te łączą ze sobą bilans masy i energii z parametrami

kinetycznymi katalizatora oraz parametrami transportowymi wypełnień. W pracy [H07] do

celów porównawczych, modelowanie efektywności katalizatorów określono stosując

struktury pian metalicznych, siatek metalicznych oraz monolitów z osadzonym katalizatorem

zeolitowym otrzymanym metodą sonikacji. Porównanie wyników spadków ciśnienia DP,


28

ilości katalizatora oraz długości reaktora dla założonej 90% konwersji NOx, wykazało, że

zastosowanie wypełnień z pian metalicznych może być alternatywą do zastosowania

wypełnienia monolitycznego, czy też wypełnienia z siatek metalicznych (Rysunek 11).

Rysunek 11. Porównanie wyników modelowania dla reaktorów strukturalnych; A) katalizator

Cu/USY/s otrzymany metodą sonikacyjną, B) A) katalizator Cu/ZSM-5/s otrzymany metodą

sonikacyjną [H07]

Porównując wyniki modelowania dla katalizatorów Cu/USY/s oraz Cu/ZSM5/s,

dowiedziono, że dobór struktury ma ogromne znaczenie w przypadku mniej aktywnych

katalizatorów. Różnice pomiędzy długością reaktora dla struktur monolitycznej i siatkowej,

niezbędny dla osiągniecia 90% konwersji w przypadku zastosowania bardziej aktywnego

katalizatora - Cu/USY/s są niewielkie. Sytuacja ta zmienia się drastycznie w przypadku

zastosowania mniej aktywnego katalizatora Cu/ZSM5/s, gdzie długość niezbędna do

osiągnięcia 90% konwersji na reaktorze z wypełnieniem z piany metalicznej jest ponad 2,5-

krotnie mniejsza.

Podobne wnioski przedstawiono w pracy [H08], gdzie wyprowadzono model reaktora

z wypełnieniem strukturalnym dla reakcji katalitycznego dopalania n-heksanu oraz metanu.

W pracy określono efektywność konwerterów katalitycznych z wypełnieniem z monolitu oraz

siatek tkanych oraz dzianych. Zarówno w przypadku reakcji katalitycznego dopalania metanu

oraz katalitycznego dopalania n-heksanu, długości konwerterów wymagane do osiągnięcia

90% konwersji są aż dziesięciokrotnie mniejsze w przypadku zastosowania wypełnienia

z siatek tkanych.


29

Podsumowując, dobór wypełnienia konwerterów katalitycznych ma istotne znaczenie

w przypadku reakcji szybkich jakimi są katalityczne dopalanie oraz SCR deNOx. Dobór

odpowiedniej struktury do danego procesu katalitycznego pozwala na znalezienie

kompromisu pomiędzy długością, ilością katalizatora a spadkiem ciśnienia wzdłuż reaktora.

Osiągnieciem prac [H07, H08] jest wyprowadzenie jednowymiarowych modeli dla

konwerterów katalitycznych z wypełnieniami strukturalnymi opartymi na wynikach

eksperymentalnych opisanych w pracach przedstawionych w cyklu habilitacyjnym.

Wyprowadzenie modeli konwerterów katalitycznych pozwoliło na określenie wydajności

konwerterów w założonych warunkach bez konieczności kosztowych eksperymentów na

instalacjach technologicznych.

Podsumowanie

Prezentowany cykl prac pt. “Projektowanie konwertera katalitycznego do usuwania

zanieczyszczeń z silników zasilanych biogazem: od centrum aktywnego do wypełnienia

strukturalnego reaktora” jest opisem metodyki badań mającej na celu opracowanie konwertera

katalitycznego w reakcjach katalitycznego dopalania i NH3 SCR deNOx. W przedstawionych

pracach podjęto próbę kompleksowego opracowania katalizatora, począwszy od centrum

aktywnego, na którym zachodzą reakcje katalityczne, aż po dobór wypełnienia reaktora

i modelowanie jego parametrów w trakcie zastosowania rzeczywistych warunków pracy.

Do szczególnych osiągnięć cyklu prac można zaliczyć:

• opracowanie mechanizmu reakcji dopalania metanu na bimetalicznym katalizatorze

w układzie Co-Pd/Al2O3 w oparciu o metody spektroskopowe in situ i operando [H01,

H02],

• eksperymentalne potwierdzenie, że metan chemisorbowany jest na powierzchni

katalizatorów tlenkowych w postaci –OCH3 jedynie w obecności tlenu [H01, H02],

• opracowanie metod preparatyki katalizatorów tlenkowych do procesów katalitycznego

dopalania przy zastosowaniu innowacyjnej metody sonochemicznej [H03, H04],

• eksperymentalne potwierdzenie, że aktywną formą w reakcji katalitycznego dopalania

na katalizatorach otrzymanych metodą PEMOCVD jest forma spinelowa tlenku

kobaltu otrzymywana w beztlenowych warunkach preparatyki [H05],


30

• opracowanie metody nanoszenia warstwy nośnika na wypełnienia strukturalne

reaktorów [H06].

• opracowanie metody preparatyki katalizatorów zeolitowych do procesu NH3 SCR

deNOx przy zastosowaniu innowacyjnej metody sonochemicznej [H07],

• opracowanie modelu matematycznego pozwalającego na separację parametrów

transportowych od parametrów kinetycznych reakcji [H08],

• opracowanie modelu reaktora z wypełnieniem z siatek tkanych, dzianych oraz

monolitu, a także określenie parametrów reaktora w reakcji katalitycznego dopalania

węglowodorów [H08],

• określenie charakteru przepływu przez wypełnienia reaktorów strukturalnych z pian

aluminiowych [H09],

• opracowanie modelu reaktora z wypełnieniem z pian, monolitu oraz siatek a także

określenie parametrów reaktora w reakcji SCR deNOx [H09],

Cykl przedstawionych prac nie jest jedynie ukierunkowany na prowadzenie badań

podstawowych. Wyniki prac zaprezentowanych w cyklu są realizowane w ramach projektu

Lider VI finansowego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju oraz projektu Sonata 9

finansowego Narodowe Centrum Nauki. Wyniki prac są przedmiotem dwóch zgłoszeń

patentowych krajowych i dwóch międzynarodowych. Finalnym efektem prac prowadzonych

w ramach cyklu habilitacyjnego będzie modułowy konwerter katalityczny do usuwania

węglowodorów oraz NOx ze strumieni odlotowych turbin zasilanych biogazem.

Literatura[1] D. Deublein, A. Steinhauser, Biogas from Waste and Renewable Resources: An Introduction, Wiley,

2011. [2] S.T. Kolaczkowski, Informacja prywatna, (2012). [3] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2014 r. w sprawie standardów emisyjnych dla

niektórych rodzajów instalacji, źródeł spalania paliw oraz urządzeń spalania lub współspalania odpadów, Dziennik Ustaw Rzeczyopspolitej Polskiej poz. 1564, 2014.

[4] EU, Directive 2000/76/EC of the European Parliament and of the Council of 4 December 2000 on the incineration of waste, Off. J. Eur. Communities. L 332 (2000) 91–111.

[5] J.H. Lee, D.L. Trimm, Catalytic combustion of methane, Fuel Process. Technol. 42 (1995) 339–359. doi:10.1016/j.chemosphere.2003.10.068.

[6] R. Burch, C–H bond activation in hydrocarbon oxidation on heterogeneous catalysts, Catal. Today. 47 (1999) 229–234. doi:10.1016/S0920-5861(98)00303-4.

[7] T.R. Baldwin, R. Burch, Catalytic combustion of methane over supported palladium catalysts I . Alumina supported catalysts, Appl. Catal. 66 (1990) 337–358.

[8] M. Berg, J. Sven, Catalytic combustion of methane over magnesium oxide, Chem. Eng. 114 (1994) 227–


31

241. [9] T. V. Choudhary, S. Banerjee, V.R. Choudhary, Catalysts for combustion of methane and lower alkanes,

Appl. Catal. A Gen. 234 (2002) 1–23. doi:10.1016/S0926-860X(02)00231-4. [10] R. Burch, F.J. Urbano, Investigation of the active state of supported palladium catalysts in the

combustion of methane, Appl. Catal. A Gen. 124 (1995) 121–138. [11] K. Fujimoto, F.H. Ribeiro, M. Avalos-Borja, E. Iglesia, Structure and Reactivity of PdO x / ZrO 2

Catalysts for Methane Oxidation at Low Temperatures, J. Catal. 179 (1998) 431–442. [12] L. Shi, W. Chu, F. Qu, S. Luo, Low-temperature catalytic combustion of methane over MnO x –CeO2

mixed oxide catalysts: Effect of preparation method, Catal. Letters. 113 (2007) 59–64. doi:10.1007/s10562-006-9012-6.

[13] R.E. Hayes, S.T. Kolaczkowski, P.K.C. Li, S. Awdry, The palladium catalysed oxidation of methane : reaction kinetics and the effect of diffusion barriers, Chem. Eng. Sci. 56 (2001) 4815–4835.

[14] L. Liotta, G. Dicarlo, G. Pantaleo, G. Deganello, CoO/CeO and CoO/CeO–ZrO composite catalysts for methane combustion: Correlation between morphology reduction properties and catalytic activity, Catal. Commun. 6 (2005) 329–336. doi:10.1016/j.catcom.2005.02.006.

[15] L. Kundakovic, M. Flytzani-Stephanopoulos, Cu- and Ag-Modified Cerium Oxide Catalysts for Methane Oxidation, J. Catal. 179 (1998) 203–221.

[16] P.M. Heynderickx, J.W. Thybaut, H. Poelman, D. Poelman, G.B. Marin, The total oxidation of propane over supported Cu and Ce oxides : A comparison of single and binary metal oxides, J. Catal. 272 (2010) 109–120. doi:10.1016/j.jcat.2010.03.006.

[17] E. Garbowski, C. Feumi-Jantou, N. Mouaddib, M. Primet, Catalytic combustion of methane over palladium supported on alumina catalysts: Evidence for reconstruction of particles, Appl. Catal. A Gen. 109 (1994) 277–291. doi:10.1016/0926-860X(94)80124-X.

[18] S. Specchia, F. Conti, V. Specchia, Kinetic Studies on Pd/Cex Zr1-xO2 Catalyst for Methane Combustion, Ind. Eng. Chem. Res. 49 (2010) 11101–11111.

[19] P. Hurtado, S. Ordóñez, H. Sastre, F. V. Díez, Development of a kinetic model for the oxidation of methane over Pd/Al2O3 at dry and wet conditions, Appl. Catal. B Environ. 51 (2004) 229–238. doi:10.1016/j.apcatb.2004.03.006.

[20] R. Auer, L. Warnier, F.C. Thyrion, Kinetic study of methane combustion over La0.9Ce0.1CoO3, Stud. Surf. Sci. Catal. 133 (2001) 599–604. doi:10.1016/S0167-2991(01)82018-8.

[21] P. Stefanov, S. Todorova, A. Naydenov, B. Tzaneva, H. Kolev, G. Atanasova, et al., On the development of active and stable Pd-Co/γ-Al2O3 catalyst for complete oxidation of methane, Chem. Eng. J. 266 (2015) 329–338. doi:10.1016/j.cej.2014.12.099.

[22] Pankaj, M. Ashokkumar, Theoretical and Experimental Sonochemistry Involving Inorganic Systems, Springer Science+Business Media B.V., 2011.

[23] Q. Zhang, K. Zhang, D. Xu, G. Yang, H. Huang, F. Nie, et al., CuO nanostructures: Synthesis, characterization, growth mechanisms, fundamental properties, and applications, Prog. Mater. Sci. 60 (2014) 208–337. doi:10.1016/j.pmatsci.2013.09.003.

[24] A. Gedanken, Using sonochemistry for the fabrication of nanomaterials, Ultrason. Sonochem. 11 (2004) 47–55. doi:10.1016/j.ultsonch.2004.01.037.

[25] L.F. Liotta, Catalytic oxidation of volatile organic compounds on supported noble metals, Appl. Catal. B Environ. 100 (2010) 403–412. doi:10.1016/j.apcatb.2010.08.023.

[26] P. Papaefthimiou, T. Ioannides, X. Verykios, Combustion of non-halogenated volatile organic compounds over group VIII metal catalysts, Appl. Catal. B Environ. 13 (1997) 175–184. doi:10.1016/S0926-3373(96)00103-8.

[27] Y. Castro, B. Ferrari, R. Moreno, a. Durán, Coatings produced by electrophoretic deposition from nano-particulate silica sol–gel suspensions, Surf. Coatings Technol. 182 (2004) 199–203. doi:10.1016/j.surfcoat.2003.07.001.

[28] J. Yi, Y. Sun, J. Gao, C. Xu, Synthesis of crystalline γ-Al2O3 with high purity, Trans. Nonferrous Met. Soc. China. 19 (2009) 1237–1242. doi:10.1016/S1003-6326(08)60435-5.

[29] S.T. Kolaczkowski, S. Kim, Novel alumina “KK Leaf Structures” as catalyst supports, Catal. Today. 117 (2006) 554–558. doi:10.1016/j.cattod.2006.06.002.

[30] C. Lin, K. Chuang, C. Tsay, C. Chen, Manganese oxide films prepared by sol–gel process for supercapacitor application, Surf. Coatings Technol. 202 (2007) 1272–1276. doi:10.1016/j.surfcoat.2007.07.049.

[31] B. Li, X. Xu, S. Zhang, Synthesis gas production in the combined CO2 reforming with partial oxidation of methane over Ce-promoted Ni/SiO2 catalysts, Int. J. Hydrogen Energy. 38 (2012) 890–900.


32

doi:10.1016/j.ijhydene.2012.10.103. [32] L. Shi, Y. Jin, C. Xing, C. Zeng, T. Kawabata, K. Imai, et al., Studies on surface impregnation

combustion method to prepare supported Co/SiO2 catalysts and its application for Fischer–Tropsch synthesis, Appl. Catal. A Gen. 435–436 (2012) 217–224. doi:10.1016/j.apcata.2012.06.007.

[33] M. Campanati, G. Fornasari, A. Vaccari, Fundamentals in the preparation of heterogeneous catalysts, Catal. Today. 77 (2003) 299–314. doi:10.1016/S0920-5861(02)00375-9.

[34] M. Valentini, G. Groppi, C. Cristiani, M. Levi, E. Tronconi, P. Forzatti, The deposition of Al2O3 layers on ceramic and metallic supports for the preparation of structured catalysts, Catal. Today. 69 (2001) 307–314.

[35] A. Dittmar, H. Kosslick, J.-P. Müller, M.-M. Pohl, Characterization of cobalt oxide supported on titania prepared by microwave plasma enhanced chemical vapor deposition, Surf. Coatings Technol. 182 (2004) 35–42. doi:10.1016/S0257-8972(03)00864-8.

[36] C. Fukuhara, H. Ohkura, Y. Kamata, Y. Murakami, A. Igarashi, Catalytic properties of plate-type copper-based catalysts, for steam reforming of methanol, on an aluminum plate prepared by electroless plating, Appl. Catal. A Gen. 273 (2004) 125–132. doi:10.1016/j.apcata.2004.06.034.

[37] J. Łojewska, P. Dynarowicz-Łątka, a. Kołodziej, Preparation, characterization and deposition of Langmuir–Blodgett Co, Al organic films for the catalytic applications, Thin Solid Films. 495 (2006) 299–307. doi:10.1016/j.tsf.2005.08.202.

[38] P.J. Jodłowski, R.J. Jędrzejczyk, D.K. Chlebda, A. Dziedzicka, Sposób wytwarzania na metalicznym podłożu nośnika z tlenku cyrkonu(IV), P.418768, 2016.

[39] P.J. Jodłowski, R.J. Jędrzejczyk, D. Chlebda, A. Dziedzicka, Method of preparation of metal oxide catalyst, PCT/PL2017/000050, 2017.

[40] M. Koebel, M. Elsener, Selective Catalytic Reduction of NO over Commercial DeNO x Catalysts: Comparison of the Measured and Calculated Performance, Ind. Eng. Chem. Res. 37 (1998) 327–335. doi:10.1021/ie970569h.

[41] R. Mrad, A. Aissat, R. Cousin, D. Courcot, S. Siffert, Catalysts for NOx selective catalytic reduction by hydrocarbons (HC-SCR), Appl. Catal. A Gen. 504 (2015) 542–548. doi:10.1016/j.apcata.2014.10.021.

[42] M. Shelef, Selective Catalytic Reduction of NOx with N-Free Reductants, Chem. Rev. 95 (1995) 209–225. doi:10.1021/cr00033a008.

[43] M. Rutkowska, I. Pacia, S. Basąg, A. Kowalczyk, Z. Piwowarska, M. Duda, et al., Catalytic performance of commercial Cu-ZSM-5 zeolite modified by desilication in NH3-SCR and NH3-SCO processes, Microporous Mesoporous Mater. 246 (2017) 193–206. doi:10.1016/j.micromeso.2017.03.017.

[44] J.H. Bang, K.S. Suslick, Applications of ultrasound to the synthesis of nanostructured materials, Adv. Mater. 22 (2010) 1039–1059. doi:10.1002/adma.200904093.

[45] A. De Lucas, J.L. Valverde, F. Dorado, A. Romero, I. Asencio, Influence of the ion exchanged metal (Cu, Co, Ni and Mn) on the selective catalytic reduction of NO X over mordenite and ZSM-5, J. Mol. Catal. A Chem. 225 (2005) 47–58. doi:10.1016/j.molcata.2004.08.036.

[46] P.J. Jodłowski, R.J. Jędrzejczyk, A. Dziedzicka, D.K. Chlebda, Ł. Kuterasiński, Sposób otrzymywania katalizatora zeolitowego zawierającego cząstki metalu, katalizator zeolitowy otrzymywany tym sposobem oraz zastosowanie ultradźwięków w wytwarzaniu katalizatorów zeolitowych i zastosowanie katalizatora w reakcji selektywnej katalityczn, P.422053, 2017.

[47] A. Cybulski, J.A. Moulijn, Structured catalysts and reactors, Taylor & Francis, 2006. [48] B. Oliver, von S. Claudia, S. Lothar, Structured Packings for Reactive Distillation, in: Struct. Catal.

React., CRC Press, 2005: pp. 539–550. doi:doi:10.1201/9781420028003.ch15.


33

5 Omówienie pozostałych osiągnięć naukowo-badawczych A) Syntetyczny opis działalności naukowej przed uzyskaniem stopnia naukowego

doktora

Swoją pracę badawczą w Zespole Kinetyki Reakcji Heterogenicznych, prowadzonym przez

dr hab. Joannę Łojewską rozpocząłem już na piątym roku studiów w Akademii Górniczo-

Hutniczej. Od początku w pracy w Zespole moje zaangażowania naukowe nakierowane było

na połączenie zagadnień projektowania aktywnych katalitycznie układów opartych na

tlenkach metali nieszlachetnych z optymalizacją właściwości transportowych.

W początkowych stadiach pracy zaznajamiałem się z technikami badań kinetyki reakcji, jak

również charakterystyki fizykochemicznej katalizatorów. W toku pracy doktorskiej

wyspecjalizowałem się w syntezie materiałów katalitycznych w oparciu o metody zol-żel oraz

w modelowaniu reaktorów. Miesiąc po rozpoczęciu studiów doktoranckich na Wydziale

Chemii (październik 2009), zakwalifikowałem się do udziału w Międzynarodowych

Projektach Doktoranckich (Fundacja na Rzecz Nauki Polskiej 2009-2013). W trakcie trwania

projektu odbyłem 5-miesięczny staż na jednej z czołowych uczelni Wielkiej Brytanii, tj. na

Uniwersytecie w Bath oraz 2-miesięczny staż w Laboratorium Spektroskopii i Katalizy na

Uniwersytecie w Caen. W trakcie studiów doktoranckich prowadziłem badana nad

katalizatorami do katalitycznego dopalania węglowodorów oraz tlenku węgla(II).

Katalizatory te otrzymywano klasyczną metodą impregnacji z roztworów prekursorów.

W trakcie trwania doktoratu uzyskałem finansowanie w ramach projektu Preludium NCN,

w ramach którego rozpocząłem badania stosując metodę in situ DRIFT. Uczestniczyłem

również w 4 projektach naukowo-badawczych jako wykonawca. Pracę doktorską obroniłem

z wyróżnieniem w 2013 r. W wyniku prac zostały opublikowane artykuły w 13 czasopismach

o zasięgu międzynarodowym oraz 5 o zasięgu krajowym.

B) Działalność naukowo badawcza po uzyskaniu stopnia naukowego doktora

Po uzyskaniu stopnia naukowego doktora, zostałem zatrudniony na stanowisku

asystenta naukowo-dydaktycznego (2013-2014), a później adiunkta naukowo-dydaktycznego

na wydziale Inżynierii i Technologii Chemicznej Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza

Kościuszki. Prowadząc prace naukowo-badawcze znacznie rozszerzyłem swoje

zainteresowania naukowe. Wcześniejsze studia nad katalizatorami do katalitycznego


34

dopalania metanu nie obejmowały badań nad strukturą oraz mechanizmem reakcji na

katalizatorach tlenkowych przy zastosowaniu metod in situ i operando. Początkowo, ze

względu na fakt, że metody te nie były powszechnie stosowane w katalizie ze względu na

cenę urządzeń, moje badania ograniczały się do pomiarów spektroskopowych in situ DRIFT.

Uzyskanie finansowania w ramach projektów Lider VI oraz Sonata 9 pozwoliło mi na

znaczne poszerzenie metod stosowanych w badaniach nad katalizatorami heterogenicznymi.

Do metod tych można zaliczyć metody in situ IR (pomiary transmisyjne i odbiciowe), in situ

Raman, in situ UV-Vis oraz operando DRIFT/MS. Zastosowanie tych metod pozwoliło mi na

prowadzenie badań nad mechanizmem reakcji katalitycznego dopalania węglowodorów jak

również SCR deNOx. Dzięki projektowi Sonata 9 rozpocząłem badania nad innowacyjną

metodą sonikacji, która pozwala na syntezę katalizatorów w postaci nanostruktur. Połączenie

metody preparatyki przy zastosowaniu sonikacji, jak również badań spektroskopowych in situ

i operando przyczyniło się do powstania szeregu prac o charakterze podstawowym jak

również aplikacyjnym. W ramach projektów mogłem stworzyć swój zespół badawczy liczący

pięć osób. Oba projekty przyczyniły się do powstania pracowni spektroskopowej, której

jestem kierownikiem. Wyposażenie pracowni sukcesywnie jest powiększane o nowe techniki.

Do ostatnich zakupów poszerzających wachlarz posiadanej aparatury można zaliczyć

generator ultradźwięków, próżniowe cele pomiarowe do pomiarów in situ IR, reaktor

wysokotemperaturowy Harrick. Ostatnio (lipiec 2017) uzyskałem również finansowanie

w ramach projektu INKUBATOR INNOWACYJNOŚCI TRL+ oraz własnej działalności

statutowej dla młodych pracowników nauki, które znacząco przyczynią się do zwiększenia

liczby stosowanych przeze mnie technik spektroskopowych. Dodatkowo w ramach projektu

TRL+ prowadzę badania nad opracowaniem katalizatorów przeciwsmogowych, które miałby

zastosowanie w budynkach użyteczności publicznej.

Wyniki prac realizowanych po uzyskaniu stopnia naukowego doktora prezentowałem

w postaci 13 wystąpień ustnych oraz 27 prezentacji posterowych. Jestem współautorem

czterech zgłoszeń patentowych krajowych oraz dwóch międzynarodowych. Uczestniczyłem

w jedenastu projektach naukowo-badawczych, z czego w pięciu projektach byłem

kierownikiem.

Oprócz prowadzenia działalności naukowej prowadzę również działalność

dydaktyczną. Jestem promotorem i recenzentem prac dyplomowych realizowanych na


35

Wydziale Inżynierii i Technologii Chemicznej Politechniki Krakowskiej. W ramach pensum

dydaktycznego prowadzę szereg zajęć z zakresu technologii chemicznej oraz spektroskopii.

Ponadto, jestem recenzentem w czołowych czasopismach z dziedziny katalizy

i technologii chemicznej, jak również recenzentem projektów naukowo-badawczych

finansowanych w ramach NCN i NCBR.

Szczegółowe zestawienie dorobku przed oraz po uzyskaniu stopnia naukowego doktora

zestawiono w Tabeli 1.

Tabela 1. Wykaz dorobku naukowego przed i po uzyskaniu stopnia naukowego doktora

Lp. Wyszczególnienie Przed uzyskaniem

stopnia naukowego

doktora

Po uzyskaniu stopnia

naukowego doktora

1. Publikacje z listy JCR 17 16

2. Sumaryczny IF (z roku

opublikowania)

36.95 47.55

3. Zgłoszenia patentowe krajowe 0 4

4. Zgłoszenia patentowe

międzynarodowe

0 2

5. Udział w projektach badawczych

5 10

6. Kierowanie projektem badawczym

1 5

7. Recenzje prac do czasopism

naukowych

2 34

8. Wygłoszone komunikaty ustne 9 12

9. Postery 12 26

10. Recenzja projektów z instytucji

finansujących badania naukowe

0 9

11. Liczba wypromowanych

dyplomantów

0 8

12. Liczba zrecenzowanych prac

dyplomowych

0 16


36

C) Udział w projektach naukowo-badawczych

1. Lider VI, LIDER/204/L-6/14/NCBR/2015, „Nowoczesne rozwiązania technologiczne

dedykowane do usuwania zanieczyszczeń z silników i turbin biogazowych.

Strukturalny konwerter katalityczny LZO i NOx.”, Narodowe Centrum Badań

i Rozwoju, 1, 2 mln zł - kierownik projektu,

2. Sonata 9, UMO- 2015/17/D/ST8/0.152 „Sonochemia jako narzędzie do aktywacji

katalizatorów. Badania „in situ” i „operando”, Narodowe Centrum Nauki, 339 200 zł,

- kierownik projektu,

3. TRL+, „Opracowanie konwertera katalitycznego do zastosowań przeciwsmogowych”,

MNISW „Inkubator Innowacyjności+”, 2017, 90 000 zł, - kierownik projektu,

4. Projekt badawczy OPUS, Narodowe Centrum Nauki, Wydział Chemii, Uniwersytet

Jagielloński, „Od centrum aktywnego do reaktora: projektowanie aktywności

katalizatorów z tlenków metali dla nośników strukturalnych o wysokich parametrach

transportu masy i ciepła” - wykonawca;

5. DS-M „Synteza i spektralna charakterystyka sterycznie zatłoczonych niropirazolin o

potencjalnej aktywności biologicznej” DS dla młodych naukowców, Ministerstwo

Nauki i Szkolnictwa Wyższego – kierownik projektu;

6. C-2/318/2015/DS-M, „Opracowanie metodyki pomiarów centrów aktywnych

tlenkowych katalizatorów do dopalania lotnych związków organicznych i metanu”,

DS dla młodych naukowców, Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego, –

kierownik projektu;

7. C-2/90/2016/DS, „Teoretyczne badania wybranych układów katalitycznych”, DS,

Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego – wykonawca;

8. C-2/173/2017/DS., „Teoretyczne badania wybranych układów katalitycznych”, DS,


9. C-2/77/2015/DS, „Teoretyczne badania wybranych układów katalitycznych”, DS,


10. C-2/34/2014/DS., „Teoretyczne badania wybranych układów katalitycznych”, DS,


11. Projekt badawczy dla osób fizycznych rozpoczynających karierę naukową

nieposiadającą stopnia naukowego doktora, PRELUDIUM, 2011/03/N/ST8/05129,


37

Narodowe Centrum Nauki (2012-2014), Wydział Chemii, Uniwersytet Jagielloński,

„Projektowanie aktywnych nanostruktur katalitycznych na nośnikach w postaci

struktur krótkokanałowych do dopalania metanu i węglowodorów – mechanizm

i kinetyka reakcji” – kierownik projektu;

12. Międzynarodowe Projekty Doktorskie FNP (2009-2013), Wydział Chemii,

Uniwersytet Jagielloński, “High mass transport catalytic systems to control emissions

from biogas fuelled engines” – główny wykonawca;

13. Grant badawczy MNSW NN 523556638 (2010-2013), Wydział Chemii, Uniwersytet

Jagielloński, „Strukturalny reaktor do dopalania lotnych związków organicznych

oparty na nanokompozytowym katalizatorze tlenkowym – alternatywa dla monolitów

ceramicznych z metalami szlachetnymi” – wykonawca;

14. Projekt POMOST FNP (2010-2014) Wydział Chemii, Uniwersytet Jagielloński, “High

performance nanocomposite catalyst for structured reactors. Utilization of exhaust

gases from biogas turbines”- wykonawca;

15. Grant badawczy MNSW NN209 438639 (2010-2013) Wydział Chemii, Uniwersytet

Jagielloński, „Nanokompozytowy strukturalny katalizator do usuwania tlenków azotu z

turbin biogazowych” – wykonawca;

16. Projekty zlecane przez firmę Synthos S.A. na opracowanie katalizatora

przemysłowego, obecnie etap testów na instalacji pilotażowej. – wykonawca.


38

D) Recenzje prac naukowych i projektów naukowo-badawczych

Wykaz recenzji artykułów naukowych oraz projektów badawczych z narodowych instytucji

finansujących prace badawczo-rozwojowe zestawiono w Tabeli 2 oraz Tabeli 3.

Tablica 2. Recenzje artykułów naukowych

Czasopismo IF 2013 2014 2015 2016 2017 Łącznie

Applied

Catalysis B:

Environmental 8.323 - - - 2 - 2

Chemical

Engineering

Journal 5.439 2 1 1 4 - 8

Catalysis

Science &

Technology 5.287 - - - - 1 1

Catalysis

Letters 2.294 - - - - 1 1

Current

Chemistry

Letters - - - 2 3 - 5

Journal of

Molecular

Structure 1.683 - - 1 1 - 2

Prace

Naukowe

Instytutu

Inżynierii

Chemicznej

Polskiej

Akademii

Nauk

- - 2 2 4 - 8

Spectrochimica

Acta A:

Molecular and

2.582 - - - 1 - 1


39

Biomolecular

Spectroscopy

Materials

Science Poland - - - 1 - 1 2

Topic in

Catalysis 2.335 - - 2 - - 2

Materiały

konferencyjne - - - 2 2 - 4

Łącznie 2 3 9 15 3 36

Tablica 3. Recenzje projektów badawczych

Zleceniodawca 2015 2016 2017 Łącznie

Narodowe

Centrum Badań i

Rozwoju

3 2 2 7

Narodowe

Centrum Nauki - 2 - 2

Łącznie 3 4 2 9

E) Nagrody i wyróżnienia

1. Stypendium „Politechnika XXI wieku - Program rozwojowy Politechniki

Krakowskiej – najwyższej jakości dydaktyka dla przyszłych polskich inżynierów”,

Politechnika Krakowska, 2014;

2. Stypendium KNOW im. stypendium im. Mariana Smoluchowskiego dla

doktorantów Krakowskiego Konsorcjum „Materia-Energia-Przyszłość”, 2013;

3. Stypendium „START” dla wybitnych młodych uczonych, Fundacja na Rzecz

Nauki Polskiej, 2013;

4. Stypendium Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego dla doktorantów za wybitne

osiągnięcia naukowe, 2012/2013;


40

5. Stypendium Rektora Uniwersytetu Jagiellońskiego dla doktorantów za wybitne

osiągnięcia naukowe, 2012/2013;

6. Stypendium z dotacji projakościowej za wybitne osiągnięcia naukowe, 2012/2013;

7. Stypendium „Międzynarodowe Projekty Doktoranckie”, Fundacja na Rzecz Nauki

Polskiej, 2009-2013

8. Pierwsza nagroda w Konkursie na Najlepszy Referat w sekcji „Inżynieria

Środowiska”, IV Krakowska Konferencja Młodych Uczonych, 17-19 września

2009;

9. Zajęcie II miejsca w Konkursie na Najlepszy Referat w sekcji „Nowe Techniki

i Technologie”, III Krakowska Konferencja Młodych Uczonych, 25-27 września

2008.

6 Działalność dydaktyczna

A) Zajęcia dydaktyczne

Od roku akademickiego 2013/104 prowadzę zajęcia projektowe w ramach modułu „Surowce

i procesy technologiczne w technologii organicznej” realizowanego jako przedmiot

obowiązkowy na I stopniu studiów dla kierunku „Technologia chemiczna”. Ponadto,

w ramach modułu prowadzę ćwiczenia rachunkowe.

Od roku akademickiego 2013/2014 prowadzę zajęcia laboratoryjne w ramach modułu

„Technologia chemiczna” w wymiarze 30h realizowanego jako przedmiot obowiązkowy na

I stopniu studiów dla kierunku „Technologia chemiczna”.

Od roku akademickiego 2013/2014 jestem kierownikiem i prowadzę przedmiot „Oxidation

processes” dla kierunku „Chemical Engineering and processing” specjalność „Engineering of

Technological Processes”. W ramach przedmiotu prowadzę zajęcia seminaryjne.

Od roku akademickiego 2014/2015 prowadzę zajęcia projektowe w ramach modułu

„Technologia chemiczna”.


41

Jestem autorem programu i kierownikiem modułu „Procesy utleniające w technologii

organicznej” realizowanego jako przedmiot obowiązkowy na II stopniu studiów dla kierunku

„Technologia chemiczna” specjalność „Kataliza przemysłowa”. W ramach przedmiotu

opracowałem i prowadzę seminarium.

Jestem autorem programu i kierownikiem modułu „Fizykochemiczne metody charakterystyki

katalizatorów” realizowanego jako przedmiot obowiązkowy na II stopniu studiów dla

kierunku „Technologia chemiczna” specjalność „Kataliza przemysłowa”. W ramach

przedmiotu opracowałem i prowadzę wykład oraz ćwiczenia laboratoryjne.

Jestem autorem programu i kierownikiem modułu „Chemical terminology in English”

realizowanego jako przedmiot obowiązkowy na II stopniu studiów dla kierunku „Technologia

chemiczna” specjalność „Kataliza przemysłowa”. W ramach przedmiotu opracowałem

i prowadzę seminarium.

Od roku akademickiego 2014/2015 prowadzę wykład z przedmiotu „Chemical Technology”

w ramach modułu „Chemical technology” dla studentów z programu Erasmus.

A) Prace dyplomowe

W ramach pracy w Politechnice Krakowskiej, jestem opiekunem i recenzentem prac

dyplomowych realizowanych na Wydziale Inżynierii i Technologii Chemicznej dla

kierunków „Technologia chemiczna” oraz „Biotechnologia”. Sumaryczne zestawienie

wypromowanych prac dyplomowych zestawiono w Tab. 4. Sumaryczne zestawienie

recenzowanych prac dyplomowych zestawiono w Tabeli 5.


42

Tablica 4. Promotorstwo prac dyplomowych

Prace 2014 2015 2016 2017 Łącznie

Inżynierskie - 2 2 4

Magisterskie 2 - - 2 4

Łącznie 8

Tablica 5. Recenzje prac dyplomowych

Prace 2013 2014 2015 2016 2017 Łącznie

Inżynierskie 2 1 3 2 8

Magisterskie - 3 2 2 1 8

Łącznie 16

B) Opieka nad studenckim kołem naukowym

Od początku zatrudnienia w Politechnice Krakowskiej aktywnie uczestniczę w opiece nad

studentami. Jestem założycielem i opiekunem Studenckiego Koła Naukowego „Katalizatory

Nowej Generacji”. W ramach koła studenci aktywnie uczestniczą w projektowaniu

katalizatorów różnorodnych procesów technologicznych obejmujących zagadnienia z ochrony

środowiska, przemysłu petrochemicznego oraz przemysłu kosmetycznego. Zrealizowane pod

moim kierunkiem prace prezentowane były na studenckich sesjach naukowych (jedna praca

uzyskała drugą nagrodę). Realizowane pod moim kierunkiem prace wielokrotnie były wysoko

oceniane i wyróżniane. Aktualnie w mojej grupie badawczej pracuje czworo studentów.

C) Działalność popularyzatorska

W ramach działalności popularyzatorskiej nauki jestem współorganizatorem „Małopolskiej

Nocy Naukowców” oraz „Dni Otwartych Politechniki Krakowskiej”. Ponadto, aktywnie

uczestniczę w Dniach Wynalazków, organizowanych przez Politechnikę Krakowską.


43

D) Współpraca naukowa

W ramach działalności naukowej współpracuję z międzynarodowymi i krajowymi ośrodkami

naukowo badawczymi:

1. Synthos Oświęcim S.A, Dział Badań i Rozwoju

2. University of Bath, Prof. Stan Kolaczkowski

3. Lehigh University, prof. Israel Wachs

4. Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków, prof. dr hab. inż. Maciej Sitarz

5. Uniwersytet Jagielloński, Kraków, dr hab. Joanna Łojewska

6. Instytut Inżynierii Chemicznej PAN, Gliwice, dr hab. inż. Andrzej Kołodziej, Prof.

PAN

7. Uniwersytet Jagielloński, Kraków, dr hab. Barbara Gil

8. Uniwersytet Jagielloński, Kraków, dr Wiesław Roth

9. Małopolskie Centrum Biotechnologii, Dr inż. Roman Jędrzejczyk

E) Inne informacje

W ramach działalności naukowo-badawczej zostałem powołany do pełnienia następujących

funkcji:

• Członek Komisji Egzaminu Dyplomowego, technologia chemiczna, Wydział

Inżynierii i Technologii Chemicznej, Politechnika Krakowska

• Ekspert Narodowego Centrum Badań i Rozwoju na lata 204-2020, nauki

inżynieryjne i techniczne

• Przewodniczący panelu ekspertów, Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, nauki

inżynieryjne i techniczne

Zalacznik 2 Przemysław Jodłowski Autoreferat PL this pageZałącznik nr 2 do wniosku o nadanie...

Documents

Transcript of Zalacznik 2 Przemysław Jodłowski Autoreferat PL this pageZałącznik nr 2 do wniosku o nadanie...