Adsorbenty i katalizatory

1

0.5

30

Wykład 15 h

Wiedza z zakresu chemii ogólnej, fizycznej, technologii chemicznej i metod spektroskopowych na poziomie zaawansowanym

Godzinowe ekwiwalenty punktów ECTS od cyklu kształcenia 2019/2020

Godziny kontaktowe (z udziałem nauczyciela akademickiego)

Wykład 15 h

Laboratorium 30 h

Łączna liczba godzin z udziałem nauczyciela akademickiego 45 h

Liczba punktów ECTS z udziałem nauczyciela akademickiego 1.5

Godziny niekontaktowe (praca własna studenta)

Studiowanie literatury 20 h

Przygotowanie się do laboratorium 15 h

Wykonanie sprawozdań z wykonanych ćwiczeń 20 h

Przygotowanie się do zaliczenia wykładu 35 h

Łączna liczba godzin niekontaktowych 90 h

Liczba punktów ECTS za godziny niekontaktowe 3.5

Sumaryczna liczba punktów ECTS dla modułu 5

Sposób weryfikacji efektów kształcenia na studiach drugiego stopnia zatwierdzonych na podstawie Uchwały Senatu UMCS Nr XXIV-28.28/19 z dnia 26 czerwca 2019 r. tj. od cyklu kształcenia 2019/2020

W1-W4 - wykład (pisemne zaliczenie), laboratorium (dyskusja, odpowiedzi ustne)

U1, U2 - wykład (pisemne zaliczenie), laboratorium (wykonywanie ćwiczeń, sprawozdania z ćwiczeń, dyskusja)

U3 - wykład (pisemne zaliczenie, dyskusja), laboratorium (sprawozdania z ćwiczeń, dyskusja, odpowiedzi ustne)

U4, U5 - laboratorium (wykonywanie ćwiczeń, sprawozdania z ćwiczeń, dyskusja)

K1, K2- wykład (pisemne zaliczenie, dyskusja), laboratorium (dyskusja, sprawozdania z ćwiczeń)

Wykład obejmuje następujące zagadnienia:

Zjawisko adsorpcji, termodynamiczny opis zjawisk zachodzących na granicy faz, energia swobodna, pomiary wielkości adsorpcji (równanie adsorpcji Gibbsa).

Izotermy adsorpcji z fazy gazowej i ciekłej.

Model adsorpcji jednowarstwowej (Langmuira).

Adsorpcja wielowarstwowa na ciałach stałych z fazy gazowej (model Brunauera, Emmetta, Tellera). Równanie Kelvina. Kondensacja kapilarna i rozkłady wielkości porów. Adsorpcja z roztworów dwuskładnikowych.

Różne rodzaje adsorbentów (żele krzemionkowe, węgle aktywowane, zeolity, uporządkowane materiały mezoporowate, kompozyty typu polimer-krzemionka, aktywny tlenek glinu, nowoczesne adsorbenty o regularnej strukturze (MOFs)) i ich charakterystyka fizykochemiczna, w tym przy użyciu metod spektroskopowych. Zastosowania adsorbentów.

Kataliza i katalizatory. Modele reagujących cząsteczek. Energetyczna część trzeciego ciała w reakcjach chemicznych. Formalna kinetyka heterogenicznych reakcji katalitycznych - reakcje mono- i bimolekularne. Mechanizmy katalitycznych reakcji dwucząsteczkowych. Etapy ograniczające szybkość reakcji katalitycznych. Eksperymentalne równania kinetyczne reakcji katalitycznych. Katalizator aktywny skupia się na powierzchni katalizatora i jego aktywności katalitycznej. Geometryczne, energetyczne i elektroniczne aspekty heterogenicznych zjawisk katalizy. Klasyfikacja katalizatorów heterogenicznych i charakterystyka głównych grup katalizatorów. Przygotowanie katalizatorów heterogenicznych - podstawowe etapy, metody otrzymywania, operacje jednostkowe i procesowe przemiany prekursorów katalizatorów w ostateczną postać (suszenie, kalcynacja, redukcja). Nowoczesne podejście do projektowania katalizatorów.

Laboratorium obejmuje następujące zagadnienia:

Kinetyka desorpcji acetonu z porowatych materiałów krzemionkowych.

Kinetyka desorpcji diklofenaku sodu z materiałów MCM-41 i Si60.

Kinetyka adsorpcji czerwieni koszenilowej na węglu aktywnym.

Ładunek powierzchniowy i punkt ładunku zerowego adsorbentów tlenkowych i ich mieszanin.

Oznaczanie izotermy adsorpcji nadmiarowej z roztworu binarnego na ciele stałym metodą statyczną.

Preparatyka katalizatorów heterogenicznych

Badania termograwimetryczne prekursorów katalizatorów

Badania temperaturowo-programowane katalizatorów

Metanizacja ditlenku węgla

Przykład kontrola ciśnienia i przepływu w reaktorze katalitycznym. Pętla sterowania

Literatura podstawowa:

1. Materiały udostępnione przez wykładowcę/prowadzącego laboratorium

2. Wybrane artykuły z czasopism specjalistycznych dostarczone przez wykładowcę/prowadzącego laboratorium (opublikowane po 2020 roku)

3. Z. Sarbak, Adsorpcja i Adsorbenty, Teoria i zastosowanie, Wydawnictwo Naukowe UAM, Poznań 2000

4. Z. Sarbak Metody instrumentalne w badaniach adsorbentów i katalizatorów, Wydawnictwo Naukowe UAM, Poznań 2005

5. J.Ościk, Adsorpcja, PWN Warszawa (1983)

6. R.T. Yang, Adsorbents, Fundamentals and Applications, John Wiley & Sons, New Jersey, 2003

7. F. Rouquerol, J. Rouquerol, K. Sing, Adsorption by Powders and Porous Solids, Principles, Methodology and Application, Elsevier, 1999

8. Contemporary catalysis. Science, technology and applications (P.C.J. Kamer, D. Vogt, J. W. Thybaut, Eds.), Royal Society of Chemistry, London, ISBN: 978-1-84973-990-0, 2017.

9. Heterogeneous catalysis: materials and applications (M.R. Cesario, D.A. de Macedo, Eds.), Elsevier, Amsterdam, ISBN: 978-0-32-385612-6, 2022.

10. J.R.H. Ross, Contemporary catalysis. Fundamentals and current applications, Elsevier, Amsterdam, ISBN: 978-0-44-463474-0, 2019.

11. J.R.H. Ross, Sustainable energy: towards a zero-carbon economy using chemistry, electrochemistry and catalysis, Elsevier, Amsterdam, ISBN: 978-0-12-823375-7, 2022.

12. J.R.H. Ross, Heterogeneous catalysis. Fundamentals and applications, Elsevier, Amsterdam, 2012.

13. J.M. Thomas, W.J. Thomas, Principles and practice of heterogeneous catalysis, Wiley-VCH, Weinheim, 2015.

Na podstawie Uchwały Senatu UMCS Nr XXIV-28.28/19 z dnia 26 czerwca 2019 r. tj. od cyklu kształcenia 2019/2020 absolwent:

WIEDZA

W1. Zna i rozumie w pogłębiony sposób wybrane fakty, teorie i zjawiska oraz metody z zakresu wytwarzania, charakterystyki oraz zastosowania adsorbentów i katalizatorów (K_W01)

W2. Zna i rozumie najnowsze osiągnięcia i kierunki w rozwoju adsorbentów i katalizatorów (K_W03)

W3. Zna miejsce adsorbentów i katalizatorów oraz rozumie ich znaczenie w rozwoju świata (K_W04)

W4. Rozumie znaczenie adsorbentów i katalizatorów we współczesnej gospodarce, dostrzega możliwość zastosowania różnorodnych rozwiązań z zakresu adsorbentów i katalizatorów w tworzeniu nowoczesnych technologii (K_W06)

UMIEJĘTNOŚCI

U1.Potrafi planować i przeprowadzać eksperymenty z zakresu syntezy adsorbentów i katalizatorów, wykonywać niezbędne obliczenia, analizować i interpretować uzyskane wyniki oraz formułować na ich podstawie wnioski, a także wykorzystywać uzyskane wyniki do argumentowania swoich tez i weryfikacji hipotez naukowych z zakresu charakterystyki adsorbentów i katalizatorów (K_U03)

U2. Potrafi zastosować wiedzę z zakresu adsorbentów i katalizatorów doi rozwiązywania problemów praktycznych, w tym o charakterze interdyscyplinarnym (K_U04)

U3. Potrafi prowadzić debatę dotyczącą istotnych zagadnień z zakresu zastosowania szerokiego wachlarza dostępnych adsorbentów i katalizatorów (K_U07)

U4. Potrafi kierować pracą innych osób, ustalać plan działania zespołu, organizować, koordynować i kontrolować przebieg realizacji założonych zadań oraz oceniać stopień ich wykonania z zakresu syntezy, praktycznego zastosowania jak i charakterystyki adsorbentów i katalizatorów (K_U09)

U5. Potrafi współdziałać z innymi osobami w pracach zespołowych obejmujących syntezę, zastosowanie i charakterystykę adsorbentów i katalizatorów i pełnić w tych zespołach wiodącą rolę (K_U10)

KOMPETENCJE SPOŁECZNE

K1. Jest gotów do krytycznej oceny posiadanej wiedzy z zakresu wytwarzania, charakterystyki oraz zastosowania adsorbentów i katalizatorów (K_K01)

K2. Jest gotów do krytycznej oceny przekazywanych treści i uznawania znaczenia wiedzy z zakresu wytwarzania, charakterystyki oraz zastosowania adsorbentów i katalizatorów w rozwiązywaniu problemów poznawczych i praktycznych; w przypadku trudności z samodzielnym ich rozwiązaniem potrafi korzystać z wiedzy i opinii ekspertów z różnych dziedzin (K_K02)