Teoria i praktyka zjawisk powierzchniowych 0600-S2-PP/Ch-TPZP

1. Zapoznanie słuchaczy z podstawowymi informacjami o istocie i naturze zjawiska katalizy, w tym zwłaszcza katalizy heterogenicznej. Omówienie wybranych metod charakteryzacji katalizatorów oraz określania mechanizmów reakcji. Zapoznanie z wybranymi przykładami przemysłowych zastosowań katalizatorów. Kataliza w ochronie środowiska. Zapoznanie z głównymi metodami otrzymywania katalizatorów.
2. Podstawowe definicje i pojęcia, klasyfikacja katalizatorów i reakcji katalitycznych. Kataliza w roztworach: kataliza kwasowo-zasadowa, kataliza z przeniesieniem elektronu, kataliza związków organometalicznych, własności katalityczne makrocząsteczek, kataliza między fazowa. Własności katalityczne polimerów. Kataliza na powierzchni ciała stałego oraz w ciałach nanoporowatych. Metody pomiaru aktywności katalitycznej. Wybrane procesy katalityczne w ochronie środowiska.
3. Zapoznanie studentów z nowoczesnymi teoriami dotyczącymi zjawisk powierzchniowych oraz nowoczesnymi metodami modelowania procesów sorpcyjnych i charakteryzacji struktury sorbentów.
4. Adsorpcja: Podstawowe pojęcia, klasyfikacje izoterm adsorpcji płynów podkrytycznych (IUPAC) i nadkrytycznych (Aranovich - Donohue), wysokorozdzielcza metoda as, równanie Kelvina, podstawowe modele analityczne: Langmuir, BET, DA. Adsorbenty: alotropy węgla, fulereny i nanorurki, modele budowy węgli aktywnych. Zeolity i materiały typu MCM. Heterogeniczność powierzchni: GAI, Metoda Nguyena i Do,
5. Synteza i modyfikacja adsorbentów
Nanopory – definicja, mechanizmy adsorpcji z fazy gazowej i ciekłej w nanoporach, klasyfikacje izoterm adsorpcji. Sorbenty nanoporowate stosowane w praktyce: krzemionki, zeolity, materiały uporządkowane typu MCM, SBA-15, nanorogi węglowe, MOF, kompozyty nanorurkowo-polimerowe, membrany nanorurkowe. Współczesne i perspektywiczne zastosowania sorbentów nanoporowatych.
6. Aspekty teoretyczne i praktyczne procesu ekstrakcji w układzie ciecz-ciało stałe
7. Teoria kinetyczna procesu separacji w technikach chromatograficznych
8. Możliwości zastosowania preparatywnej i procesowej chromatografii cieczowej
9. Warunki i optymalizacja procesu rozdzielania mieszanin wieloskładnikowych za pomocą GC (rodzaje faz stacjonarnych, ocena jakości kolumn)
10. Układy wielowymiarowe – zastosowania analityczne

W ramach pracowni m.in.
1) Pomiar kinetyki adsorpcji fenolu roztworu wodnego na wglu komercyjnym w temperaturze pokojowej.
2) Pomiar izotermy adsorpcji fenolu na wglu komercyjnym w temperaturze pokojowej.
3) Badania procesu karbonizacji celulozy.
4) Badania sorpcji wody i alkoholi na wglach metod FTIR.
5) Fizyko-chemiczna charakterystyka katalizatorów heterogenicznych:
6) Wyznaczenie właściwości kwasowo-zasadowych powierzchni katalizatorów.
7) Zastosowanie techniki XPS do badań katalizatorów heterogenicznych. Interpretacja widm XPS katalizatorów na bazie węgli aktywnych.
8) Katalityczny rozkład H2O2 w roztworach wodnych. Wyznaczanie pozornej energii aktywacji.
9) Badanie aktywności katalitycznej węgli aktywnych w wybranych procesach katalitycznych metodą przepływową ciągłą.
10) Katalityczny rozkład chlorowcopochodnych w fazie gazowej.
11) Wyodrębnianie lotnych zanieczyszczeń powietrza z wykorzystaniem adsorbentów węglowych
12) Zastosowanie sorbentów oktadecylowych do sorpcji barwników roślinnych w układzie ciecz-ciało stałe.
13) Preparatywna chromatografia cienkowarstwowa w oczyszczaniu ekstraktów roślinnych (wyodrębnianie i oznaczanie polifenoli i alkaloidów z herbaty)

Całkowity nakład pracy studenta

Godziny realizowane z udziałem nauczycieli (godz.): - udział w wykładach - 15 - udział w konsultacjach - 2 - udział w ćwiczeniach laboratoryjnych – 45 Czas poświęcony na pracę indywidualną studenta (godz.): - przygotowanie do wykładów - 20 - przygotowanie do egzaminu i obecność na egzaminie – 15 - czytanie literatury- 23 Łącznie: 120 godz. (6 ECTS)

Efekty uczenia się - wiedza

Student: W1: Ma pogłębioną wiedzę chemii nowych materiałów W2: Posiada wiedzę w zakresie syntezy i charakterystyki wybranych katalizatorów i adsorbentów oraz ich praktycznego zastosowania W3: Zna i rozumie podstawy teoretyczne różnych metod analitycznych i ich wykorzystanie w interpretacji wyników pomiarowych W1: zna zasady nazewnictwa związków nieorganicznych W2: zna podstawowe prawa chemiczne W3: zna cząstki elementarne wchodzące w skład materii W4: zna teorie (klasyczne i kwantowe) budowy atomu i powstawania wiązań chemicznych W5: zna podstawy teoretyczne kinetyki oraz równowagi chemicznej W6: zna przepisy i zasady z zakresu bezpieczeństwa i higieny pracy, podstawowe pojęcia z zakresu toksykologii; akty prawne dotyczące norm i wymagań laboratoriów chemicznych oraz regulacje prawne dotyczące niebezpiecznych substancji i ich przechowywania oraz oznakowania W7: posiada wiedzę w zakresu podstawowych zagadnień technologii i inżynierii chemicznej W8: zna podstawowe aspekty budowy i metody oceny właściwości materiałów i substancji chemicznych. Ma wiedzę pozwalającą na wykorzystania materiałów do określonego celu praktycznego oraz wskazania metody ich zagospodarowania po okresie użytkowania W9: zna podstawowe pojęcia i metody badawcze współczesnej chemii nanomateriałów W10: posiada znajomość podstawowych terminów, pojęć, zasad i praw fizyki i chemii oraz ich uniwersalnego charakteru w stopniu wystarczającym do dalszej edukacji W11: Określa i definiuje zasady pomiarowe oraz zastosowania aplikacyjne metod mikroskopowych w badaniach powierzchni. W12: Rozpoznaje rodzaje powierzchni uzyskanych przy wykorzystaniu różnych technik mikroskopowych oraz potrafi ocenić zmiany powierzchni, które zaszły w wyniku modyfikacji. W13: Określa właściwości fizykochemiczne zmodyfikowanej powierzchni i sposób jej oddziaływania z innymi związkami. W14: Wyjaśnia zasady podstawowych technik charakteryzowania powierzchni. W15: Opisuje budowę i zasadę działania zaawansowanych mikroskopów i mikroskopów sprzężonych z technikami spektroskopowymi. W16: Określa i definiuje zasady pomiarowe oraz zastosowania aplikacyjne metod elektrochemicznych w badaniach powierzchni. W17: Rozpoznaje rodzaje powierzchni uzyskanych w wyniku modyfikacji. W18: Definiuje pojęcia: nanotechnologia, nanocząstki, nanokatalizatory, W19: Opisuje wpływ adsorbentów i katalizatorów na funkcjonowanie przedmiotów codziennego użytku oraz nanocząstek na funkcjonowanie organizmu W20: Wskazuje potencjalne zastosowanie katalizatorów i adsorbentów w medycynie i diagnostyce medycznej, kosmetykach, samochodach, stacjach uzdatniania wody, dopalaczach spalin, itp.

Efekty uczenia się - umiejętności

U1: Wykorzystuje wiedzę z zakresu technologii i nanotechnologii w analizie ogólnych potrzeb człowieka Określa właściwości fizykochemiczne zmodyfikowanej powierzchni i sposób jej oddziaływania z innymi związkami. U2: Dostrzega związek między rodzajem metody pomiarowej a dokładnością uzyskiwanych danych. U3: Wyjaśnia zasady podstawowych technik charakteryzowania powierzchni. U4: Opisuje budowę i zasadę działania zaawansowanych przyrządów elektrochemicznych i spektroskopowych. U5: Analizuje dane statystyczne na temat zanieczyszczenia powietrza U6: Wykorzystuje zdobytą wiedzę U7: Potrafi przygotować stanowisko pracy i zaplanować proces syntezy określonego związku lub produktu chemicznego U8: Umie analizować wybrane rodzaje widm (np. IR, XPS) U9: zapisuje równania reakcji zachodzących w roztworach wodnych z udziałem nanomateriałów U10: wykonuje doświadczenia związane z stanem równowagi w wodnych roztworach nanomateriałów U11: interpretuje wyniki przeprowadzonych doświadczeń U12: wykonuje obliczenia związane ze stanem równowagi w roztworach wodnych U13: posiada umiejętności wykonywania pomiarów podstawowych wielkości chemicznych nanomateriałów oraz potrafi opracować wyniki eksperymentów fizyko-chemicznych U14: potrafi wykonać analizy ilościowe z zastosowaniem metod wagowych, miareczkowych i instrumentalnych na podstawie procedur analitycznych oraz przygotować raporty z analizy U15: rozpoznaje grupy funkcyjne nanomateriałów i prowadzi eksperymenty z ich wykorzystaniem U16: umie znajdować relacje pomiędzy zachowaniem się nanomateriałów podczas formowania i użytkowania a właściwościami fizykochemicznymi, budową i rodzajem struktury

Efekty uczenia się - kompetencje społeczne

K1 Jest nastawiony na zdobywanie nowej wiedzy, umiejętności i doświadczeń. K2 Zna ograniczenia własnej wiedzy i umiejętności. K3 Nawiązuje współpracę w grupie. K2: Posiada świadomość możliwości praktycznego wykorzystania i znaczenia dla gospodarki związków chemicznych i nowych materiałów

Metody dydaktyczne

wykład – informacyjny, problemowy z prezentacjami multimedialnymi laboratorium – praca laboratoryjna

Metody dydaktyczne podające

- wykład konwersatoryjny
- wykład informacyjny (konwencjonalny)
- opis
- wykład problemowy
- pogadanka

Rodzaj przedmiotu

przedmiot fakultatywny

Wymagania wstępne

brak

Koordynatorzy przedmiotu

Marek Wiśniewski

Kryteria oceniania

Metody oceniania:
- egzaminy pisemne – oceniające wiedzę w zakresie W1-W20

Kryteria oceniania:
Ocena na podstawie pisemnego testu składającego się z pytań jednokrotnego wyboru spośród 4 ewentualności. Błędne wskazanie odpowiedzi jest równoznaczne z 0 punktów za pytanie. Poprawna odpowiedź – 1 punkt. Co najmniej 20 pytań w teście i/lub egzamin w formie pytań otwartych.
Zaliczenie egzaminu po osiągnięciu co najmniej 50% punktów możliwych do uzyskania. Ocena bardzo dobra po uzyskaniu więcej niż 80% punktów. Pozostałe oceny proporcjonalnie w zakresie 50-80% punktów.

Praktyki zawodowe

nie dotyczy

Literatura

Literatura podstawowa:
1. R.T. Yang, Adsorbents: Fundamentals and Applications, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, 2003.
2. D.D. Do, Adsorption Analysis: Equilibria and Kinetics, Imperial College Press, London, 1998.
3. F. Rouquerol, J. Rouquerol and K. Sing, Adsorption by Powders and Porous Solids, Academic Press, London, 1999.
4. J. K. Garbacz, G. Rychlicki, „Wybrane zagadnienia teorii i metod pomiarowych adsorpcji gazów”, Wydawnictwo UMK, skrypt, Toruń 1984,
5. J. Ościk, „Adsorpcja”, wydawnictwo PWN, Warszawa 1974,
6. D. M. Young, A. D. Cromwell, Fizyczna adsorpcja gazów, wydawnictwo PWN, Warszawa 1968,
7. H. Jankowska, A. Świątkowski, J. Choma, „Węgiel Aktywny”, Wydawnictwo Naukowi-Techniczne, Warszawa 1985.
8. I.J. Nejmark, Syntetyczne adsorbenty mineralne, WNT, Warszawa, 1988.
Literatura uzupełniająca:
1. E. J. Bottani and J.M.D. Tascon (Editors), Adsorption by Carbons, Elsevier, Amsterdam, 2008.
2. R.T. Yang, Adsorbents: Fundamentals and Applications, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, 2003.
3. J.A. Moulijn, P.W.N.M. van Leeuwen and R.A. Santen (editors), Catalysis: An Integrated Approach to Homogeneous, Heterogeneous and Industrial Catalysis, Elsevier, Amsterdam, 1993.
4. J. M. Thomas, W. J. Thomas, Principles and Practice of Heterogeneous Catalysis, VCH, Weinheim, 1997.
5. Tiwari A., Tiwari A., Nanomaterials, Wiley, 2013
6. Szewczyk P., Nanotechnologie. Aspekty techniczne, środowiskowe i społeczne, Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 2011.
7. Regis E., Nanotechnologia : narodziny nowej nauki, czyli świat cząsteczka po cząsteczce, Warszawa: Prószyński i S-ka,2001.
Kelsall R.W., Hamley I.W., Geoghegan M., Nanotechnologie. PWN, 2009.

Więcej informacji

Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb:

Strona przedmiotu 0600-S2-PP/Ch-TPZP w USOSweb