Adsorbenty i katalizatory

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

Godzinowe ekwiwalenty punktów ECTS od cyklu kształcenia 2012/2013

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 3

Godziny niekontaktowe (praca własna studenta)

Studiowanie literatury 10 h

Przygotowanie się do laboratorium 5 h

Wykonanie sprawozdań z wykonanych ćwiczeń 5 h

Przygotowanie pracy pisemnej na zaliczenie końcowe wykładu 15 h

Łączna liczba godzin nie kontaktowych 35 h

Liczba punktów ECTS za godziny nie kontaktowe 2

Sumaryczna liczba punktów ECTS dla modułu 5

Godzinowe ekwiwalenty punktów ECTS od cyklu kształcenia 2018/2019

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 3

Godziny niekontaktowe (praca własna studenta)

Studiowanie literatury 10 h

Przygotowanie się do laboratorium 5 h

Wykonanie sprawozdań z wykonanych ćwiczeń 5 h

Przygotowanie pracy pisemnej na zaliczenie końcowe wykładu 15 h

Łączna liczba godzin nie kontaktowych 35 h

Liczba punktów ECTS za godziny nie kontaktowe 2

Sumaryczna liczba punktów ECTS dla modułu 5

Sposób weryfikacji efektów kształcenia na studiach drugiego stopnia zatwierdzonych na podstawie Uchwały Senatu UMCS Nr XXII-39.9/12 z dnia 25 kwietnia 2012 r. tj. od cyklu kształcenia 2012/2013

Praca pisemna (wykład) – W1-W6, U1, U2, U4, K2 – K4

Odpowiedzi ustne (laboratorium) - W2, W3, W5, W6, W7, U2, K3

Sprawozdania z ćwiczeń (laboratorium) - W2, U2, U3, U4, K1, K3

Sposób weryfikacji efektów kształcenia na studiach drugiego stopnia zatwierdzonych na podstawie Uchwały Senatu UMCS Nr XXIV-18.23/18 z dnia 27 czerwca 2018 r. tj. od cyklu kształcenia 2018/2019

Praca pisemna (wykład) – W1, W3, W4, U1 – U3, K1

Odpowiedzi ustne (laboratorium) – W1, W2, U1, U2, U4, U5, K1

Sprawozdania z ćwiczeń (laboratorium) - W1, W2, U1, U2, U4, U5, K1

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. 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

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

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

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

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

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

6. P. Webb, C. Orr, Analytical Methods in Fine Particle Technology, Micromeritics Instrument, 1997

7. M. Bowker, The basis and application of heterogeneous catalysis, Oxford Univ. Press, 1998.

8. G.C. Bond, Heterogeneous catalysis (2nd edition), Oxford Univ. Press, 1987.

9. J.M. Campbell, Catalysis at Surfaces, Chapman and Hall, London 1988.

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

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

12. Notatki z wykładów.

Na podstawie Uchwały Senatu UMCS Nr XXII-39.9/12 z dnia 25 kwietnia 2012 r. tj. od cyklu kształcenia 2012/2013

WIEDZA

W1. Absolwent posiada pogłębioną wiedzę z zakresu wytwarzania, charakterystyki oraz zastosowania adsorbentów i katalizatorów oraz rozumie ich znaczenie dla postępu nauk ścisłych i przyrodniczych, i rozwoju cywilizacji K_W01

W2. Absolwent zna podstawy i możliwości najważniejszych technik analitycznych i ma rozszerzoną wiedzę na temat wyboru odpowiedniej metody analitycznej do badania adsorbentów i katalizatorów K_W03

W3. Absolwent posiada rozszerzoną wiedzę na temat różnorodnych zjawisk występujących na granicy faz w tym specjalistyczna wiedzę na temat pojęć i zjawisk adsorpcyjnych i katalitycznych K_W10

W4. Absowent posiada wiedzę na temat oddziaływań międzycząsteczkowych K_W11

W5. Absolwent zna podstawy fizykochemiczne i podstawowe pojęcia wybranych technik spektralnych K_W15

W6. Absolwent zna teoretyczne podstawy funkcjonowania aparatury naukowej wykorzystywanej do badań procesu adsorpcji i katalizy jak i do charakterystyki adsorbentów i katalizatorów K_W16

W7. Absolwent zna zasady bezpieczeństwa i higieny pracy w stopniu pozwalającym na samodzielną pracę na stanowisku badawczym lub pomiarowym K_W17

UMIEJĘTNOŚCI

U1. Absolwent potrafi samodzielnie zaplanować tok analizy instrumentalnej, dokonać wyboru odpowiedniej techniki analitycznej, wykonywać proste badania naukowe w tym przygotowywać odpowiednie zestawy przyrządów oraz zinterpretować wyniki badań uzyskane dla adsorbentów i katalizatorów przy zastosowaniu wybranych technik badawczych K_U01, K_U02, K_U03, K_U27

U2. Absolwent potrafi opisać zarówno jakościowo jak i ilościowo szereg zjawisk międzyfazowych w tym zjawiska adsorpcji i katalizy K_U07, K_U10

U3. Absolwent potrafi zastosować posiadaną wiedzę dotyczącą procesów adsorpcji i katalizy oraz adsorbentów i katalizatorów do rozwiązywania problemów o średnim poziomie złożoności zarówno w zakresie teoretycznym jak i praktycznym K_U16

U4. Absolwent potrafi utworzyć opracowania i raporty przedstawiające osiągnięte rezultaty w trakcie wykonywania ćwiczeń laboratoryjnych obejmujących badanie procesów adsorpcji i katalizy i posiada umiejętność przygotowania obszernych prac pisemnych dotyczących adsorbentów i katalizatorów K_U24, K_U25

KOMPETENCJE SPOŁECZNE

K1. Potrafi pracować zespołowo; rozumie konieczność pracy zespołowej w badaniach adsorbentów i katalizatorów K_K02

K2. Potrafi formułować zagadnienia służące dalszemu pogłębianiu jego wiedzy K_K03

K3. Rozumie ważność pozyskiwania informacji naukowych w literaturze z wykorzystaniem komputerowych baz danych K_K05

K4. Rozumie społeczne i środowiskowe aspekty rozwoju i praktycznego wykorzystania adsorbentów i kompozytów K_K06

Na podstawie Uchwały Senatu UMCS Nr XXIV-8.23/18 z dnia 27 czerwca 2018 r. tj. od cyklu kształcenia 2018/2019

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

W3. Zna i rozumie w pogłębionym stopniu specyfikę adsorbentów i katalizatorów oraz najnowsze osiągnięcia i kierunki w rozwoju metod wytwarzania, charakterystyki oraz zastosowania adsorbentów i katalizatorów K_W03, K_W04

W4. Zna i rozumie miejsce i znaczenie adsorbentów i katalizatorów dla postępu nauk ścisłych i przyrodniczych, poznania świata i rozwoju cywilizacji K_W07

UMIEJĘTNOŚCI

U1. Potrafi zastosować zdobytą wiedzę w zakresie wytwarzania, charakterystyki oraz zastosowania adsorbentów i katalizatorów do pokrewnych dziedzin nauki i dyscyplin naukowych K_U01

U2. Potrafi formułować i rozwiązywać złożone i nietypowe problemy z zakresu wytwarzania, charakterystyki oraz zastosowania adsorbentów i katalizatorów w nowych sytuacjach poprzez: właściwy dobór źródeł oraz informacji z nich pochodzących, dokonywanie oceny, analizy, syntezy oraz interpretacji i prezentacji tych informacji oraz poprzez dobór i stosowanie właściwych metod i narzędzi, w tym zaawansowanych technik informacyjno-komunikacyjnych (ICT) K_U02

U3. Potrafi komunikować się ze zróżnicowanymi kręgami odbiorców, odpowiednio uzasadniać stanowisko w debatach z zakresu wytwarzania, charakterystyki oraz zastosowania adsorbentów i katalizatorów. K_U03

U4. Posiada umiejętność pracy samodzielnej i w grupie, potrafi kierować pracą zespołu, planować, kierować i realizować różne zadania z zakresu wytwarzania, charakterystyki oraz zastosowania adsorbentów i katalizatorów K_U05

U5. Potrafi rozwijać wiedzę i pogłębiać umiejętności praktyczne związane z wytwarzaniem, charakterystyką oraz zastosowaniem adsorbentów i katalizatorów K_U06

KOMPETENCJE SPOŁECZNE

K1. Jest gotów do krytycznej oceny odbieranych treści i uznawania znaczenia wiedzy chemicznej w rozwiązywaniu problemów poznawczych i praktycznych. K_K03