Inżynieria chemiczna

1. Synteza aerozolowa oraz charakterystyka tak wytworzonych prostych i złożonych materiałów nanoproszkowych na bazie azotku krzemu Si3N4

Promotor: dr hab. inż. Cezary Czosnek

Katedra Technologii Paliw, Wydział Energetyki i Paliw

Streszczenie: Realizacja tematu obejmować będzie syntezę i dogłębną charakterystykę proszków na bazie azotku krzemu Si3N4 unikalną w Kraju i posiadającą wiele zalet metodą aerozolową przy wykorzystaniu ciekłych prekursorów krzemoorganicznych w atmosferze azotu lub amoniaku. Azotek krzemu, z uwagi na względnie wysoką odporność chemiczną i twardość znajduje zastosowania w przemyśle motoryzacyjnym jako materiał na części silników (świece żarowe, komory spalania wstępnego, elementy turbosprężarek, zawory). Ponadto właściwości izolacyjne i twardość powodują, że może być wykorzystywany na łożyska ceramiczne, zwłaszcza tam, gdzie występowanie pól elektrycznych i magnetycznych, ale także środowisk korodujących uniemożliwia zastosowanie łożysk metalowych. Wykorzystywany jest także jako materiał do wytwarzania elementów tnących i ściernych. Znajduje również zastosowania jako materiał wysokotemperaturowy, np. elementy silników rakietowych oraz w medycynie do zastosowań ortopedycznych.

Zastosowanie prostej metody syntezy aerozolowej daje możliwość wytworzenia nanoproszków o potencjalnie szerokim zastosowaniu w technice, przy wykorzystaniu istniejącej na Wydziale Energetyki i Paliw aparatury.

Zaplecze badawcze: Wydział Energetyki i Paliw posiada kompletny zestaw aparaturowy do dwuetapowej aerozolowej metody syntezy proszków z prekursorów ciekłych lub rozpuszczalnych w określonych rozpuszczalnikach. W skład zestawu wchodzą m.in. dwa wysokotemperaturowe piece rurowe z wymiennymi reaktorami ceramicznymi (posiadamy także reaktor metalowy ze stopu Inconel), różne urządzenia do generowania aerozolu oraz specjalny gazoszczelny filtr nylonowy. Osobą odpowiedzialną za bieżące funkcjonowanie wymienionego zestawu jest proponowany promotor, dr hab. inż. Cezary Czosnek. Ponadto w Katedrze Technologii Paliw posiadamy spektrometr FTIR Nicolet 380 Thermo Electron Corporation, spektrofotometr UV-vis model lambda 35 firmy Perkin-Elmer, aparat Micromeritics Gemini V do badań sorpcji niskotemperaturowej materiałów porowatych, spektrometr absorpcji atomowej Z-2000 firmy Hitachi, spektrometr XRF model Epsilon 3XLE PANalytical. Wydział posiada także dyfraktometr rentgenowski XRD Empyrean PANalytical. Umożliwi to uzyskanie na miejscu większości charakterystyki analitycznej materiałów.

Liczba miejsc: 1

 

2. Nowe katalizatory do procesu hydrorafinacji – hydroodtlenienia, hydroodsiarczania i hydroodazotowania ciekłych produktów przerobu biomasy

Promotor: dr hab. inż. Marek Lewandowski

Katedra Technologii Paliw, Wydział Energetyki i Paliw, Katedra Technologii Paliw

Streszczenie: Wzrastające wymagania co do zawartości biokomponentów w współczesnych paliwach handlowych zmuszają do poszukiwania nowych technologii otrzymywania paliw dieslowskich, czy też paliw lotniczych opartych na procesie hydrokonwersji bio-surowców. Biodiesel jako substytut tradycyjnych paliw płynnych pochodzenia naftowego został wprowadzony do użytku w ostatnich latach. Jednak biodiesel pierwszej generacji (estry metylowe kwasów tłuszczowych) o wysokiej zawartości tlenu jest niewygodny w stosowaniu na dużą skalę ze względu na jego niekompatybilność z paliwami węglowodorowymi. W rezultacie technologie otrzymywania „zielonego biodiesla” (jako paliwo drugiej generacji) z katalitycznego hydroodtlenienia (HDO) są systematycznie rozwijane. Biodiesel po procesie HDO, ma wiele zalet, jest podobny do paliwa węglowodorowego (biowęglowodory) co do składu chemicznego, a więc może być stosowany bezpośrednio w przemyśle paliwowym. Ponadto rozwijające się technologie przeróbki biomasy takie jak np. piroliza surowców lignocelulozowych w kierunku bio-olejów jest nieodzownie związana z katalitycznym hydroodtlenieniem. W związku z tym poszukuje się nowych, aktywniejszych katalizatorów umożliwiających otrzymanie wysokiej czystości biowęglowodorów.

Zaplecze badawcze: Katedra dysponuje niezbędnym wyposażeniem badawczym umożliwiającym realizację zadania badawczego. W szczególności dotyczy to możliwości wykonania testów katalitycznych aktywności badanych katalizatorów w rzeczywistych warunkach procesu hydrorafinacji. Testy te zostaną wykonane na posiadanej instalacji mikroreaktora katalitycznego wraz z analizą produktów na GC-MS. Podstawowa charakterystyka fizyko-chemiczna katalizatorów będzie przeprowadzona na dostępnej na AGH aparaturze: XRD, FT-IR, pomiary powierzchni właściwej BET, analizy elementarnej, XPS.

Liczba miejsc: 2

3. Synteza i charakterystyka szkieł Ca-Al-Si jako potencjalnych składników cementów.

Promotor: prof. dr hab. inż. Jan Deja

Promotor pomocniczy: dr inż. Radosław Mróz

Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Streszczenie: Projekt doktorski koncentruje się na ocenie możliwości otrzymywania innowacyjnych syntetycznych materiałów o właściwościach wiążących na bazie wapniowych szkieł glinokrzemianowych. Powodem zainteresowania tymi materiałami jest stale zwiększające się światowe zapotrzebowanie na cement przy równoczesnym ograniczeniu dostępności tradycyjnych materiałów o właściwościach hydraulicznych oraz pucolanowych, takich jak popiół lotny czy też granulowany żużel wielkopiecowy, których zasoby w niektórych częściach świata, między innymi w Europie, są coraz bardziej ograniczone. W związku z obecną sytuacją dalszy wzrost produkcji cementów kompozytowych z ich udziałem jest coraz trudniejszy. Najważniejszym aspektem przy opracowywaniu nowych rodzajów cementów z udziałem syntetycznych szkieł jest to, że muszą one w znacznym stopniu przyczyniać się do utrzymania lub nawet polepszenia parametrów fizyko-mechanicznych cementów produkowanych z ich udziałem w odniesieniu do tradycyjnych cementów kompozytowych. Ogromną wagę w rozwiązaniu problemów surowcowych w produkcji spoiw cementowych odgrywa także europejski system handlu emisjami, który radykalnie ogranicza możliwość emisji CO2 w procesach przemysłowej produkcji klinkierów cementowych. Tradycyjnie stosowane popioły lotne i granulowane żużle wielkopiecowe stosowane do produkcji cementów są bardzo dobrze rozpoznane i scharakteryzowane. Równocześnie jest bardzo niewiele publikacji dotyczących możliwości stosowania syntetycznych szkieł glinokrzemianowych jako składników cementu oraz opisujących właściwości takich cementów. Szczególnie słabo rozpoznanym obszarem badań jest określenie korelacji pomiędzy składem syntetycznego szkła, warunkami prowadzenia syntezy i jego późniejszą reaktywnością, co stanowi główny cel proponowanego projektu badawczego.

Zaplecze badawcze: Projekt będzie realizowany we współpracy z Heidelberg Cement Technology Center. Syntezy szkieł glinokrzemianowych na potrzeby projektu będą wykonane na AGH, gdzie zostanie przeprowadzona wstępna analiza efektów wykonanych syntez oraz charakterystyka fizyko-chemiczna otrzymanych szkieł. W następnych etapach poszczególne prace badawcze koncentrujące się na ocenie reaktywności otrzymanych szkieł oraz możliwości zastosowania ich do produkcji cementów kompozytowych będą podzielone pomiędzy AGH i Heidelberg Cement Technology Center. Heidelberg Cement Technology Center ze swojej strony zapewni także dostawy niezbędnych do badań surowców, jak również staż dla Doktoranta w swoim centrum badawczym, którego koszty będą pokrywane przez Heidelberg Cement Technology Center.

Liczba miejsc: 1

 

4. Wykorzystanie cienkowarstwowych elektrod modyfikowanych w badaniach substancji czynnych narkotycznych środków zniewalających.

Promotor: dr hab. Agnieszka Królicka

Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Streszczenie: Substancje aktywne narkotyków zniewalających są dobrze rozpuszczalne w wodzie, nie mają wyraźnego smaku ani zapachu, mogą być więc dodawane do napojów bez wzbudzania podejrzeń osób, względem których planowane jest popełnienie przestępstwa. Wprawiają ofiarę w stan oszołomienia i dezorientacji, czyniąc ją niezdolną do podejmowania decyzji i działania, powodują utratę przytomności a po wybudzeniu wywołują amnezję następczą. Jednym ze sposobów zapobiegania przestępstwom z użyciem narkotyków zniewalających jest stosowanie barwnych testerów napojów, wytwarzanych w postaci papierowych podkładek, kubków lub słomek z naniesionymi polami testowymi. Niestety czułość tego rodzaju barwnych testerów jest często zbyt mała a odpowiedź niespecyficzna. Testery zawodzą w przypadku barwnych i mętnych napojów oraz soków owocowych o kwaśnym odczynie. Część testów wykrywa jedynie obecność kwasu hydroksymasłowego i ketaminy, ale nie wykrywa substancji z grupy benzodiazepin, takich jak na przykład coraz częściej wykorzystywany do celów przestępczych flunitrazepam. Związki z grupy benzodiazepin zawierają w swojej strukturze ugrupowanie iminowe >C=N-, które ulega elektroredukcji w warunkach woltamperometrycznych. Sygnał prądowy towarzyszący elektroredukcji grupy iminowej, formujący się w zakresie ujemnych potencjałów, może być wykorzystywany do selektywnego oznaczania związków z grupy benzodiazepin za pomocą elektrod metalicznych oraz węglowych. Wydaje się więc, że przenośne, miniaturowe testery przypominające powszechnie stosowane glukometry, wyposażone w miniaturowy potencjostat oraz elektrody planarne, czułe i selektywne względem substancji narkotycznych, mogą z powodzeniem być stosowane jako elektrochemiczne testery napojów. Szczególnie użyteczne do tego celu wydają się być elektrody przygotowane techniką sitodruku oraz elektrody, w których warstwa elektroaktywna jest osadzana poprzez osadzanie fizyczne lub chemiczne z fazy gazowej. Nanoszenie kolejnych warstw pozwala sterować czułością i selektywnością tego rodzaju czujników a możliwość automatyzacji wytwarzania elektrod zapewnia dobrą powtarzalność oraz niski koszt jednostkowy.

Zaplecze badawcze: Laboratorium analityczne jest wyposażone w nowoczesne analizatory elektrochemiczne (AUTOLAB, EAGRAPH) przeznaczone do badań woltamperometrycznych i chronopotencjometrycznych, współpracujące z mikrowagą kwarcową. Do dyspozycji jest również mikroskop optyczny (Motic Microscope) oraz tensjometr optyczny (Theta Lite). Do przygotowania dyspersji stosowanych do modyfikacji elektrod może zostać wykorzystany homogenizator ultradźwiękowy (Vibra-Cell Ultrasonic Liquid Processors, Sonic, USA). Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki dysponuje nowoczesnymi, wysokospecjalistycznymi urządzeniami takimi jak: skaningowy mikroskop elektronowy (SEM), mikroskop sił atomowych (AFM), spektrometry FTIR oraz Ramana, dyfaktometry rentgenowskie. Wspomniane urządzenia mogą być wykorzystywane do charakteryzowania składu, morfologii i topografii powierzchni elektrod.

Liczba miejsc: 1

 

5. Mechanizm korozji bezcementowych ogniotrwałych betonów korundowo-spinelowych w kontakcie z żużlem stalowniczym.

Promotor: dr hab. inż. Zbigniew Pędzich, prof. AGH

Promotor pomocniczy: dr inż. Dominika Madej

Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Streszczenie: Przedstawione zagadnienie badawcze dotyczy kształtowania odporności korozyjnej bezcementowych ogniotrwałych betonów korundowo-spinelowych w kontakcie z żużlem stalowniczym. Głównym celem naukowym pracy będzie poznanie i wyjaśnienie mechanizmu zjawisk korozyjnych zachodzących w układach beton ogniotrwały typu Al2O3-spinel / czynniki korozyjne z układu CaO-Al2O3-SiO2-MgO-Fe2O3-MnO. Praca dotyczy zagadnień, do których należą głównie: określenie zmian strukturalnych podstawowych składników materiału ogniotrwałego zachodzących w wyniku oddziaływania składników żużla, zbadanie wpływu czasu i temperatury na procesy zużywania się materiału ogniotrwałego oraz analiza termodynamiczna układów wielofazowych i zachodzących procesów z użyciem programów obliczeniowych.

Zaplecze badawcze: Praca doktorska realizowana w ramach programu LIDER VIII – nr umowy LIDER/5/0034/L-8/16/NCBR/2017 finansowanego ze środków Narodowego Centrum Badań i Rozwoju. Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki dysponuje zasobami technicznymi niezbędnymi do realizacji pracy, w tym laboratoriami wyposażonymi w sprzęt niezbędny do otrzymywania betonów ogniotrwałych, przygotowania próbek, prowadzenia badań korozyjnych materiałów ceramicznych, a także aparaturą pomiarową. Do głównych zasobów technicznych pozostających w dyspozycji Wydziału należą: laboratorium analizy termicznej i spektrometrii masowej, laboratorium badań mikrostrukturalnych, laboratorium badań ultradźwiękowych, laboratorium dyfraktometrii rentgenowskiej, laboratorium mikroskopii skaningowej i mikroanalizy, laboratorium spektroskopii FTIR i Ramana, laboratorium badań termofizycznych, laboratorium badań korozyjnych. Promotorzy pracy posiadają doświadczenie, a także dorobek naukowy w zakresie proponowanego zagadnienia badawczego.

Liczba miejsc: 1

 

6. Wpływ stechiometrii spinelu magnezowo-glinowego na właściwości betonów ogniotrwałych korundowo-spinelowych.

Promotor: dr hab. inż. Zbigniew Pędzich, prof. AGH

Promotor pomocniczy: dr inż. Dominika Madej

Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Streszczenie: Przedstawione zagadnienie badawcze dotyczy kształtowania właściwości strukturalnych, fizycznych i technologicznych bezcementowych ogniotrwałych betonów korundowo-spinelowych na drodze praktyczne wykorzystania wiedzy z zakresu nauki o materiałach, procesów ceramicznych oraz technologii zaawansowanych materiałów ceramicznych, w tym głównie materiałów ogniotrwałych. Do celów naukowych pracy będą należały następujące zagadnienia: określenie mechanizmu tworzenia się faz spinelowych o różnej stechiometrii w betonie ogniotrwałym, określenie wpływu wybranych parametrów, między innymi temperatury i czasu wypalania, a także uziarnienia zastosowanych prekursorów na syntezę fazy spinelowej wewnątrz materiału oraz na właściwości gotowego wyrobu.

Zaplecze badawcze: Praca doktorska realizowana w ramach programu LIDER VIII – nr umowy LIDER/5/0034/L-8/16/NCBR/2017 finansowanego ze środków Narodowego Centrum Badań i Rozwoju. Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki dysponuje zasobami technicznymi niezbędnymi do realizacji pracy, w tym laboratoriami wyposażonymi w sprzęt niezbędny do otrzymywania betonów ogniotrwałych i przygotowania próbek, a także aparaturą pomiarową. Do głównych zasobów technicznych pozostających w dyspozycji Wydziału należą: laboratorium analizy termicznej i spektrometrii masowej, laboratorium badań mikrostrukturalnych, laboratorium badań ultradźwiękowych, laboratorium dyfraktometrii rentgenowskiej, laboratorium mikroskopii skaningowej i mikroanalizy, laboratorium spektroskopii FTIR i Ramana, laboratorium badań termofizycznych. Promotorzy pracy posiadają doświadczenie, a także dorobek naukowy w zakresie proponowanego zagadnienia badawczego.

Liczba miejsc: 1

 

7. Szkliste nośniki siarki dla zastosowań agrotechnicznych.

Promotor: dr hab. inż. Magdalena Szumera

Promotor pomocniczy:  dr inż. Justyna Sułowska

Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Streszczenie: Celem zagadnienia naukowego będzie zaprojektowanie składów chemicznych oraz sposobu otrzymywania wieloskładnikowych szkieł krzemianowo-fosforanowych modyfikowanych dodatkiem siarki, wykazujących kontrolowaną rozpuszczalność w środowisku glebowym. Przyjęto, że istnieją zależności między strukturalną rolą siarki w strukturze szkła krzemianowo-fosforanowego a ich aktywnością chemiczną. Siarka to jeden z pierwiastków pełniących najważniejsze funkcje biochemiczne i fizjologiczne w roślinie. Bowiem wywiera ona m.in. wpływ na wzrost ich odporności na działanie różnego rodzaju patogenów. W związku z zauważalnymi obecnie brakami siarki w glebach oraz próbami zaspokojenia jej niedoborów poprzez stosowanie mineralnych nawozów tradycyjnych, o zbyt dużej rozpuszczalność w wodzie, obiecującym rozwiązaniem powyższego problemu mogą okazać się materiały szkliste o odpowiednio zaprojektowanych składach chemicznych. Tego typu materiały, jako potencjalne nawozy mineralne mogłyby wprowadzać siarkę do gleb w sposób spowolniony i kontrolowany zarówno składem chemicznym szkieł jak i zdolnością przyjmowania siarki przez poszczególne gatunki roślin. Dlatego też badania naukowe w proponowanym zagadnieniu badawczym będą obejmować wieloskładniowe szkła o matrycy krzemianowo-fosforanowej modyfikowanej dodatkiem siarki oraz szeregu innych pierwiastków (K, Mg, Ca, Zn, Fe), stanowiących również składniki pokarmowe roślin. Rezultaty prowadzonych badań mogą stanowić podstawę rozwoju technologii całkowicie nowych, niekonwencjonalnych nawozów w postaci szklistej.

Zaplecze badawcze: Zaplanowane, w proponowanym zagadnieniu badawczym, materiały zostaną otrzymywane metodą tradycyjnego, wysokotemperaturowego topienia zestawów szklarskich. Mając na uwadze zróżnicowaną rozpuszczalność siarki w strukturze szkieł krzemianowych i fosforanowych, oraz jej występowanie w strukturze szkieł na różnych stopniach utlenienia, w badaniach przewiduje się wykorzystanie różnorodnych technik badawczych m.in. XRD, spektroskopia MIR i Ramana, MAS-NMR, DSC ICP-AES oraz SEM-EDS. Większość z uwzględnionych powyżej metod jest dostępna na WIMiC AGH, w przypadku badań MAS-NMR oraz ICP-AES konieczne będzie skorzystanie ze współpracy, kolejno z Instytutem Fizyki Jądrowej w Krakowie oraz WGGiOŚ AGH. Proponowane badania będą prowadzone częściowo w ramach projektu SONATA 14.

Liczba miejsc: 1

 

8. Opracowanie innowacyjnej technologii oczyszczania gliceryny odpadowej, pochodzenia zwierzęcego oraz typu UCO do gliceryny jakości destylowanej 99,7%, potencjalnie możliwej do wykorzystania jako surowiec w procesie uwodornienia do 1,2-propanodiolu.

Promotor: dr hab. inż. Marek Lewandowski

Wydział Energetyki i Paliw

Streszczenie: Tematem pracy będzie opracowanie innowacyjnej technologii oczyszczania gliceryny odpadowej, pochodzenia zwierzęcego oraz typu UCO do gliceryny jakości destylowanej 99,7%, potencjalnie możliwej do wykorzystania jako surowiec w procesie uwodornienia do 1,2-propanodiolu. Innowacyjnością rozwiązania jest opracowanie obecnie niedostępnej na rynku technologii, która pozwoli na oczyszczenie gliceryny odpadowej, uzyskanej z instalacji do produkcji biodiesla ORLEN Południe S.A. do wysokiej czystości 99,7%. Technologia będzie odmienna od konwencjonalnej, co wynika z zastosowania całkowicie innego, wysoko zanieczyszczonego surowca i odmiennej charakterystyki procesu. Gliceryna pochodzenia UCO i zwierzęcego jest otrzymana z przerobu zużytych olejów roślinnych i tłuszczów zwierzęcych i zawiera różne ilości zanieczyszczeń głównie metali, siarki, chloru i fosforu. Jest to związane ze zmienną jakością UCO i tłuszczy zwierzęcych stosowanych do produkcji estrów i gliceryny. Praca badawcza pozwoli na oznaczenie jakościowe i ilościowe zanieczyszczeń oraz wypracowanie rozwiązania polegającego na ich usunięciu dzięki zastosowaniu innowacyjnych rozwiązań technologicznych. W ramach prac zostanie zaprojektowana instalacja laboratoryjna do oczyszczania gliceryny na której będą prowadzone prace badawcze. W celu weryfikacji jakości finalnie oczyszczonej gliceryny, oprócz analiz fizykochemicznych zostaną przeprowadzone testy na zaprojektowanej instalacji laboratoryjnej katalitycznego uwodornienia gliceryny do 1,2-propanodiolu. Glikol propylenowy zostanie dokładnie przeanalizowany pod względem obecności potencjalnie możliwych zanieczyszczeń oraz zostanie zweryfikowany wpływ stosowanej w procesie gliceryny (surowiec) na żywotność i prawidłowe działanie zastosowanego katalizatora.

Zaplecze badawcze: ORLEN Południe S.A. posiada dostęp do niezbędnych elementów składowych instalacji laboratoryjnej do procesu oczyszczania gliceryny i uwodornienia gliceryny do glikolu propylenowego na których będą prowadzone prace badawcze. Część analityki fizykochemicznej surowców i produktów zostanie wykonana w Spółce należącej do Grupy Kapitałowej ORLEN – ORLEN Laboratorium i na Wydziale Energetyki i Paliw AGH.

Liczba miejsc: 1

 

9. Wpływ rodzaju napędu na emisję i właściwości fizykochemiczne cząstek stałych w aspekcie ich redukcji przy zastosowaniu zmodyfikowanego benzynowego filtra cząstek stałych (GPF).

Promotor: prof. dr hab. Janusz Gołas

Promotor pomocniczy: dr inż. Katarzyna Szramowiat

Wydział Energetyki i Paliw

Streszczenie: Zgodnie z dotychczasowymi badaniami, prezentowanymi w naukowej literaturze światowej, proces filtracji cząstek stałych generowanych w silnikach benzynowych sam w sobie może być niewystarczający w celu detoksykacji spalin benzynowych. Filtry GPF istotnie obniżają liczbę emitowanych cząstek (tzw. parametr PN). Stąd konieczność prowadzenia dalszych badań nad modyfikacją obecnie stosowanych benzynowych filtrów cząstek stałych w celu podniesienia ich efektywności w oczyszczaniu spalin, ze szczególną uwagą na usuwanie niebezpiecznych dla układu oddechowego człowieka organicznych związków chemicznych o rozbudowanych strukturach, tj. nitrowe i tlenowe pochodne wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (nitro- i oxy-WWA). Badania będą obejmować następujące działania:

A. Pomiary toksyczności spalin z silników benzynowych o różnych systemach zasilania paliwa wyposażonych i niewyposażonych w GPF.

B. Badania właściwości fizykochemicznych cząstek stałych

C. Badania laboratoryjne właściwości fizykochemicznych zużytego benzynowego filtra cząstek stałych.

D. Chemiczna modyfikacja powierzchni benzynowego filtra cząstek stałych pod kątem zwiększenia efektywności filtra GPF w procesie detoksykacji spalin benzynowych oraz pod kątem możliwości zastosowania go w silnikach benzynowych z pośrednim wtryskiem paliwa do komory spalania.

E. Opracowanie prototypu zmodyfikowanego filtra cząstek stałych.

F. Badania toksyczności spalin i właściwości fizykochemicznych cząstek stałych emitowanych z silników z różnymi systemami wtrysku benzyny do komory spalania z wbudowanym zmodyfikowanym filtrem cząstek stałych.

Otrzymane wyniki badań będą wskazówką do modyfikacji struktury komercyjnie dostępnych filtrów cząstek stałych w celu zwiększenia ich selektywności i czułości wobec zanieczyszczeń, które nie są redukowane przez obecnie stosowane filtry, a co za tym idzie zmniejszenia wpływu cząstek stałych na zdrowie i środowisko.

Zaplecze badawcze: Katedra Chemii Węgla i Nauk o Środowisku na Wydziale Energetyki i Paliw AGH oraz Instytut BOSMAL, gdzie będzie realizowana praca doktorska posiadają dostępną infrastrukturę badawczą pozwalającą na zrealizowanie działań w ramach pracy doktorskiej. Wyposażenie Laboratorium Badań Środowiskowych w Katedrze Chemii Węgla i Nauk o Środowisku obejmuje: chromatografię gazową ze spektrometrią masową, chromatografię cieczową z detekcją UV, izokratyczną chromatografię jonową, spektrometr UV-vis, wszelkie wyposażenie niezbędne do przygotowania próbek. Instytut BOSMAL dysponuje nowoczesną aparaturą badawczo-pomiarową, służącą do prowadzenia prac badawczych oraz prac konstrukcyjno-obliczeniowych w dziedzinie motoryzacji, a przede wszystkich w dziedzinie badań toksyczności spalin na hamowniach podwoziowych (2 stanowiska) i silnikowych (20 stanowisk). Każde ze stanowisk wyposażone jest w najwyższej jakości aparaturę, służącą pomiarom emisji regulowanych przez ustawodawstwo europejskie, amerykańskie i japońskie. Wszystkie laboratoria są laboratoriami certyfikowanymi. Ponadto, Instytut BOSMAL posiada również bogato wyposażone laboratorium chemiczne, m.in. skaningowy mikroskop elektronowy i ICP-MS. 17 czerwca 2019 został w ramach konkursu „Preludium” ogłoszonego przez Narodowe Centrum Nauki złożony projekt na badania wstępne pt. „Wpływ rodzaju napędu samochodowego na emisję i właściwości fizykochemiczne cząstek stałych pod kątem dalszej oceny możliwości ich redukcji przy zastosowaniu zmodyfikowanego filtra cząstek stałych”. Ponadto, planowane jest pozyskiwanie finansowania z innych źródeł, m.in. Narodowe Centrum Badań i Rozwoju czy fundusze strukturalne UE.

Liczba miejsc: 1

10. Opracowanie technologii i implementacja w cementowej instalacji piecowej termicznego procesu przetwarzania odpadowego gipsu z odsiarczania spalin (FGD-gypsum) w spoiwo anhydrytowe przeznaczone do produkcji podkładów podłogowych.

Promotor: prof. dr hab. inż. Wiesława Nocuń-Wczelik

Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Streszczenie: Rozwój instalacji odsiarczania spalin w elektrowniach, i elektrociepłowniach metodą mokrą wapienną spowodował powstanie w Polsce dużych ilości desulfogipsu CaSO4 . 2H2O, którego część wykorzystywana jest do produkcji gipsu budowlanego CaSO4 . ½H2O oraz jako regulator czas wiązania w przemyśle cementowym. Kolejną możliwością jego przeróbki jest przekształcenie go w anhydryt II, materiał wiążący o znacznie lepszych cechach użytkowych niż gips budowlany, stanowiący podstawowe spoiwo w procesach wytwarzania suchych mieszanek budowlanych czy podkładów podłogowych. Syntetyczny anhydryt II, wytwarzany w znacznie wyższej temperaturze niż gips budowlany nie jest produkowany w Polsce. Zakłady zaprojektowane pod produkcję anhydrytu II można znaleźć głównie w krajach Europy Zachodniej jak Niemcy, Francja, Anglia czy Hiszpania. Wnioski wynikające z wykonanych prac studialnych i studium projektowego wskazują na możliwość uruchomienia takiej produkcji w cementowej instalacji piecowej. Opracowanie takiej technologii powinno być poprzedzone jednak badaniami, których celem byłoby określenie parametrów procesowych kalcynacji FGD-gipsu.

Zaplecze badawcze: Lafarge Cement S.A. jest częścią globalnej Grupy LafargeHolcim. Struktura organizacyjna laboratoriów Lafarge w Polsce opiera się głównie na trzech Centrach Badań Betonów: Centrum Badania Betonów Małogoszcz, Centrum Badania Betonów Kujawy i Centralne Laboratorium Betonów Warszawa. Zespół tych laboratoriów wykonuje podstawowe i specjalistyczne badania według obowiązujących norm, a przedmiot badań stanowią odpowiednio: mieszanki betonowe i anhydrytowe, stwardniały beton i anhydrytowe podkłady podłogowe, elementy prefabrykowane, kruszywa oraz grunty. Polskie laboratoria są wspierane przez europejskie centrum badawcze: LafargeHolcim Innovation Center, 95 Rue du Montmurier, BP 15 38291 Saint-Quentin Fallavier, France. W ramach swojej działalności firma blisko współpracuje z Instytutem Ceramiki i Materiałów Budowlanych, Odział Szkła i Materiałów Budowlanych w Krakowie należącym do Sieci Badawczej Łukasiewicz oraz Wydziałem Inżynierii Materiałowej i Ceramiki na Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie.

Liczba miejsc: 1

 

11. Analiza wpływu metody i warunków wytwarzania węgli aktywnych na kształtowanie się ich struktury porowatej

Promotor: dr hab. inż. Mirosław Kwiatkowski

Wydział Energetyki i Paliw

Streszczenie: Celem naukowym zagadnienia badawczego jest przeprowadzenie kompleksowej analizy wpływu metody i warunków wytwarzania węgli aktywnych z materiałów biomasowych na kształtowanie się ich struktury porowatej oraz wyjaśnienie mechanizmów fizykochemicznych występujących w trakcie poszczególnych etapów preparatyki i ich wpływu na właściwości adsorpcyjne otrzymanych materiałów. Nieustanny rozwój nauki i stale powiększające się obszary zastosowań adsorbentów węglowych takich jak węgle aktywne, stwarzają konieczność nieustannego doskonalenia nie tylko metod ich preparatyki, ale także kompleksowych badań podstawowych, celem których jest określenie i wyjaśnienie mechanizmów i zjawisk fizykochemicznych zachodzących na poszczególnych etapach otrzymywania tych materiałów. Nieodzownym staje się także opracowanie odpowiednich zależności łączących te skomplikowane zjawiska i procesy, umożliwiających predykcję wspomnianych mechanizmów oraz właściwości adsorpcyjnych węgli aktywnych otrzymywanych za pomocą danych metod i w określonych warunkach preparatyki z danych surowców. Bardzo duże znaczenie dla rozwoju badań podstawowych z zakresu adsorpcji i fizykochemii zjawisk powierzchniowych, będą miały prace przewidziane także w niniejszym projekcie analizy poprawności przyjętych założeń i modeli procesu adsorpcji w różnych metodach analizy począwszy od najprostszych metod po zaawansowane metody oparte na teorii funkcjonału gęstości, czy metody komputerowe oparte na skomplikowanych modelach matematycznych oraz wykorzystujących metody numeryczne.

Zaplecze badawcze: Badania prowadzone będą zarówno we współpracy krajowej jak i zagranicznej z renomowanymi ośrodkami naukowymi, będą obejmowały między innymi otrzymanie węgli aktywnych za pomocą wybranych metod w różnych warunkach preparatyki i ich analizę. Należy podkreślić, iż prace poprzedzające niniejsze zagadnienia badawcze zostały bardzo dobrze ocenione, o czym może świadczyć między innymi przyjmowanie ich do publikacji w renomowanych czasopismach, co jest solidną podstawą niniejszego zagadnienia badawczego.

Liczba miejsc: 1

 

12. Analiza wpływu metod i warunków preparatyki na kształtowanie się struktury mikroporowatej węgli aktywnych stosowanych w procesach oczyszczania strumieni gazowych

Promotor: dr hab. inż. Mirosław Kwiatkowski

Wydział Energetyki i Paliw

Streszczenie: Celem badań planowanych w ramach niniejszego projektu jest kompleksowa analiza wpływu metod i warunków preparatyki węgli aktywnych z różnych materiałów w tym surowców pochodzenia biomasowego na kształtowanie się struktury mikroporowatej z wykorzystaniem zaawansowanych narzędzi numerycznych. W ramach prowadzonych badań analizowane będą także możliwości optymalizacji procesu preparatyki węgli aktywnych pod kątem otrzymywania adsorbentów o konkretnych, założonych właściwościach, wymaganych w danym procesie technologicznym i opracowany zostanie unikalny komputerowy system doboru optymalnej metody, surowca i warunków prowadzenia procesu preparatyki węgli aktywnych, pod kątem uzyskania materiału o ściśle określonych właściwościach required in gas stream cleaning processes. Uzyskane wyniki badań w ramach niniejszego projektu pozwolą na lepsze poznanie mechanizmów zjawisk zachodzących podczas procesów karbonizacji i aktywacji zarówno fizycznej jak i chemicznej, dzięki miedzy innymi wykorzystaniu zaawansowanych narzędzi analizy struktury mikroporowatej. Z kolei wiedza ta pozwoli na rzetelne i optymalne dobranie odpowiedniej metody i warunków preparatyki węgli aktywnych z danego surowca w celu uzyskania materiału o odpowiednich parametrach struktury porowatej i własnościach użytkowych, z uwzględnieniem także aspektów finansowych, ekologicznych i energetycznych. Wyniki badań uzyskane w ramach tego projektu dadzą także podstawy do opracowywania nowych metod preparatyki adsorbentów węglowych lub modyfikacji i udoskonalania istniejących metod.

Zaplecze badawcze: Badania prowadzone będą zarówno we współpracy krajowej jak i zagranicznej z renomowanymi ośrodkami naukowymi, będą obejmowały między innymi otrzymanie węgli aktywnych za pomocą wybranych metod w różnych warunkach preparatyki i ich analizę. Należy podkreślić, iż prace poprzedzające niniejszy projekt zostały bardzo dobrze ocenione, o czym może świadczyć między innymi przyjmowanie ich do publikacji w renomowanych czasopismach międzynarodowych, co jest gwarancją przeprowadzenia zaplanowanych prac badawczych z sukcesem.

Liczba miejsc: 1

 

13. Badanie zachowania się pierwiastków ekotoksycznych w procesach konwersji paliw stałych w aspekcie ograniczenia ich emisji do wszystkich elementów środowiska.

Promotor: dr hab. inż. Piotr Burmistrz

Promotor pomocniczy: dr inż. Tadeusz Dziok, dr inż. Krzysztof Kogut

Wydział Energetyki i Paliw

Streszczenie: Węgiel kamienny i brunatny wykorzystywane w procesach konwersji (spalanie, zgazowanie, piroliza) zawierają tzw. pierwiastki ekotoksyczne, do których należą m.in.: rtęć, arsen, kadm, ołów. W procesach konwersji paliw stałych dochodzi do przemian fizykochemicznych w/w pierwiastków i ich dystrybucji pomiędzy produkty procesu. Tak więc procesy spalania, zgazowania i pirolizy paliw stałych są źródłem emisji tych silnie toksycznych pierwiastków do wszystkich elementów środowiska. Problem ograniczenia emisji pierwiastków ekotoksycznych jest priorytetowy dla krajów, których gospodarka w znacznym stopniu wykorzystuje paliwa stałe (m.in. Chiny, USA, Indie, Niemcy i Polska). Skuteczne ograniczenie i docelowe wyeliminowanie emisji pierwiastków ekotoksycznych będzie możliwe przy poznaniu:

a) form ich występowania w paliwach stałych,

b) zachowania się ich w poszczególnych procesach konwersji paliw stałych,

c) zachowania się ich w typowych procesach oczyszczania spalin i/lub gazów poprocesowych,

d) zachowania się ich podczas aktywnych metod usuwani tych pierwiastków,

e) jakościowych i ilościowych zależności pomiędzy parametrami paliwa i stosowanej technologii a ich dystrybucją pomiędzy poszczególne produkty procesów,

f) jakościowych i ilościowych zależności pomiędzy parametrami paliwa i stosowanej technologii a specjacją i wielkością emisji tych pierwiastków oraz ich związków.

Celem prac badawczych realizowanych w ramach tego zagadnienia jest uzyskanie wiedzy w ramach w/w punktów.

Zaplecze badawcze: Laboratorium przygotowania próbek stałych do badań; Laboratoria analizy paliw stałych: (Eltra CHS-580, TGA Thermostep firmy Eltra, Kalorymetr AC-350 Leco, spektrometr fluorescencji rentgenowskiej z dyspersją energii EDXRF PANalytical Epsilon 3; spektrometr fluorescencji rentgenowskiej ZSX Primus II firmy Rigaku, spektrometr absorpcji atomowej DMA 80, Spektrofotometr Absorpcji Atomowej z polaryzacją Zeemana Hitachi Z-2000); Zestawy (US EPA + Ontario Hydro) do pobierania próbek gazów (spalin) pod katem analizy pierwiastków ekotoksycznych; Laboratorium Paliw Alternatywnych i Odpadów działające w ramach Centrum Energetyki AGH

Możliwość realizacji badań w ramach: Subwencja Badawcza AGH (Research subvention of the AGH University of Science and Technology); Projekt LIDER finansowany przez NCBiR (opcjonalnie – w razie przyznania finansowania)

Liczba miejsc: 3

 

14. Badania procesu zgazowania mułów i odpadów węglowych.

Promotor: dr inż. Grzegorz Czerski

Promotor pomocniczy: dr inż. Katarzyna Śpiewak

Wydział Energetyki i Paliw

Streszczenie: Celem naukowym zgłaszanego zagadnienia badawczego jest ocena możliwości wykorzystania trudnych do utylizacji mułów i odpadów węglowych w procesie zgazowania, a w rezultacie uzyskanie w sposób ekologiczny wartościowego produktu gazowego. Proces zgazowania zaliczany jest do tzw. czystych technologii węglowych umożliwiających efektywne i przyjazne dla środowiska wykorzystanie paliw węglowych. Do paliw węglowych niskiej jakości zaliczyć można również muły i odpady węglowe, charakteryzujące się niską jakością tj. małą kalorycznością jak również wysoką zawartością wilgoci i substancji mineralnej. Zaplanowane prace polegać będą na badaniach dostępnych w kraju odpadów węglowych w aspekcie ich wykorzystania w procesie zgazowania (w tym zwłaszcza określeniu ich reaktywności) jak również określeniu kinetyki procesu zgazowania w różnych warunkach, oraz jakości powstałego gazu. Ocena przydatności mułów i odpadów węglowych do procesu zgazowania będzie dokonana na podstawie ich kompleksowych badań tj. analizy technicznej i elementarnej, analizy składu i topliwości popiołu, oceny zawartości składników szkodliwych, wyznaczeniu ich reaktywności oraz kinetyki procesu zgazowania jak również ilości i składu powstałego w procesie gazu.

Zaplecze badawcze: Badania realizowane będą na Wydziale Energetyki i Paliw Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie. Na AGH zostaną zrealizowane wszystkie prace badawcze ujęte w planie badań. Do wykonania części eksperymentalnej można wykorzystać następujące urządzenia: unikalna ciśnieniowa instalacja badania kinetyki zgazowania metodą termowolumetryczną, termowaga ciśnieniowa firmy Rubotherm do badań kinetyki procesu zgazowania, wagosuszarka do oceny kinetyki procesu suszenia.

Ponadto WEiP AGH dysponuje dostępem do następującej aparatury, która będzie wykorzystana w trakcie badań: wyposażenie przygotowania próbek (młynek etc.), analizator termograwimetryczny Eltra Thermostep – analiza techniczna (wilgoć, części lotne, popiół), kalorymetr Leco AC 350 – wartość opałowa, analizator CHS 580 Eltra – analiza elementarna, analizator temperatur topliwości popiołu Carbolite, atomowy spektrometr absorpcyjny Hitachi Z-2000 – skład chemiczny popiołu, w tym zawartość pierwiastków ekotoksycznych, analizator DMA 80 – analiza zawartości rtęci, zestaw chromatografów gazowych Clarus 580 firmy Perkin Elmer wyposażonych w detektory FID, TCD i FPD – analiza gazów powstałych w procesie, zestaw chromatografów gazowych firmy Hewlett Packard wyposażonych w detektory FID i TCD – analiza gazów powstałych w procesie, analizator gazu Fuju Electric System – badanie składu gazu, Spektrometr fluorescencji rentgenowskiej XRF (metoda nieniszcząca) – analiza składu pierwiastkowego materiału.

Liczba miejsc: 1

 

15. Szkło i szkło-krystaliczne materiały optycznie aktywne dla układów optoelektronicznych.

Promotor: dr hab. inż. Marcin Środa, prof. AGH

Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Streszczenie: Praca ma na celu badanie nowych układów szklistych oraz kompozytów szkło-krystalicznych pod kątem ich właściwości luminescencyjnych. Zakres pracy będzie obejmował otrzymanie szkieł, określenie ich struktury, właściwości fizykochemicznych. Następnie przeprowadzenie kierowanej krystalizacji, określenie tworzących się faz oraz przeprowadzenie badań spektroskopowych. Metody stosowane w pracy to: DTA/DSC, XRD, FT-IR, spektrofotometria

Zaplecze badawcze: Prace statutowe WIMiC, AGH

Liczba miejsc: 1