- Nazwa programu lub funduszu:
„Doktorat wdrożeniowy VI edycja” - Nazwa projektu:
„Opracowanie funkcjonalnych powłok polimerowych o właściwościach elektrokatalitycznych do usuwania zanieczyszczeń organicznych” - Kierownk projektu:
dr hab. Paweł Stelmachowski, prof. UJ - Wartość dofinansowania:
324 077,36 PLN - Całkowity koszt inwestycji:
324 077,36 PLN
Krótki opis projektu
Optymalizacja chemii granicy faz (polimer/materiał węglowy/nieorganiczna faz aktywna) daje możliwość stworzenia nowych zastosowań w dziedzinie usuwania zanieczyszczeń, konwersji energii, czy czujników elektrochemicznych. W literaturze opisywane są układy polimerowe oparte na matrycach poliuretanowych, epoksydowych i akrylowych o właściwościach przewodzących. Właściwości przewodząca są zazwyczaj zapewniane przez dodatek materiału grafenowego, nanorurek czy nanowłókien węglowych. Nowatorskość zaproponowanych badań związana jest z dwoma aspektami, tj. wykorzystaniem materiałów węglowych pochodzenia naturalnego oraz w szczególności zapewnieniem dodatkowej elektrokatalitycznej funkcjonalności powłoki.
Motywacją do pojęcia badań w zakresie opracowania kompozycji powłoki polimerowej wzbogaconej o funkcjonalne dodatki zapewaniające działanie elektrokatalityczne utleniania typowych zanieczyszczeń organicznych jest rosnąca potrzeba oczyszczania wód ściekowych. Zaproponowane powłoki mogą zostać wykorzystane w samodzielnym module oczyszczania lub jako jeden z elementów systemu. Zaletą wykorzystania funkcjonalnych powłok ochronnych będących przedmiotem badań jest możliwość uzyskania dużej powierzchni aktywnej do prowadzenia procesu elektrochemicznego usuwania szkodliwych związków. Aktualnie nie są znane materiały o charakterystyce odpowiadającej zaproponowanym układom – jest to całkowicie nowy kierunek badań.
Motywacją do pojęcia badań w zakresie opracowania kompozycji powłoki polimerowej wzbogaconej o funkcjonalne dodatki zapewaniające działanie elektrokatalityczne utleniania typowych zanieczyszczeń organicznych jest rosnąca potrzeba oczyszczania wód ściekowych. Zaproponowane powłoki mogą zostać wykorzystane w samodzielnym module oczyszczania lub jako jeden z elementów systemu. Zaletą wykorzystania funkcjonalnych powłok ochronnych będących przedmiotem badań jest możliwość uzyskania dużej powierzchni aktywnej do prowadzenia procesu elektrochemicznego usuwania szkodliwych związków. Aktualnie nie są znane materiały o charakterystyce odpowiadającej zaproponowanym układom – jest to całkowicie nowy kierunek badań.
Cele projektu:
- Celem projektu jest opracowanie polimerowej kompozycji powłokowej wzbogaconej o funkcjonalne dodatki elektrokatalityczne.
- Pierwszym celem operacyjnym jest opracowanie składu kompozycji umożliwiającej uzyskanie wymaganego przewodnictwa elektrycznego i kontaktu z elektrolitem przy zachowaniu pełnej funkcjonalności powłoki, tj. łatwości aplikacji, wysokiej adhezji do podłoża, stabilności chemicznej i mechanicznej.
- Drugim celem operacyjnym jest zapewnienie funkcjonalności elektrokatalitycznej powłok, obejmującej utlenianie zanieczyszczeń organicznych wód ściekowych, poprzez dobór dodatków węglowych i optymalizację depozycji fazy aktywnej.
Harmonogram realizacji działalności naukowej:
Rok akademicki: 2022/2023
Semestr I
Opis realizowanych badań:
- Charakterystyka fizykochemiczna, w szczególności przewodnictwo elektryczne, powłok uzyskanych z dodatkiem komercyjnie dostępnych materiałów Modyfikujących.
- Selekcja dostępnych materiałów polimerowych pod kątem budowy chemicznej, mechanizmu utwardzania i aplikacyjności.
- Przygotowanie kompozycji polimerowych (poliuretanowych, akrylowych, epoksydowych) zawierających dodatki przewodzące prąd elektryczny - materiały węglowe, polimery przewodzące.
Semestr II
- Charakterystyka fizykochemiczna (porowatość, adhezja, kąt zwilżania) powierzchni powłok zoptymalizowany w kierunku w kierunku uzyskania zwiększonej porowatości powierzchni.
- Optymalizacja kompozycji polimerowych (poliuretanowych, akrylowych, epoksydowych) zawierających dodatki przewodzące prąd elektryczny w kierunku uzyskania zwiększonego kontaktu między aktywnymi centrami katalitycznymi a fazą ciekłą.
Rok akademicki: 2023/2024
Semestr I
Opis realizowanych badań:
- Dobór faz aktywnych do depozycji na wybranych materiałach węglowych. W ramach tego zadania zostanie wybrana faza tlenkowa o największej potencjalnej aktywności elektrokatlitycznej do utleniania mocznika, tetracykliny, bisfenolu A i BPA.
- Depozycja faz aktywnych na wybranych komercyjnych dodatkach węglowych.
Semestr II
Opis realizowanych badań:
- Testy aktywności i stabilności elektrokatalitycznej dodatków węglowych z naniesioną fazą aktywną.
- Przygotowanie kompozycji polimerowych zawierających dodatki węglowe z naniesioną fazą aktywną.
Rok akademicki: 2024/2025
Semestr I
Opis realizowanych badań:
- Ewaluacja aktywności i stabilności elektrokatalitycznej opracowanych powłok w laboratoryjnych testach utleniania mocznika, tetracykliny, BPA, oraz rodaminy B.
- Przygotowanie powłok polimerowych na typowych podłożach aplikacyjnych zawierających dodatki węglowe z naniesioną fazą aktywną. Wstępna ocena efektywności elektrokatalitycznej układu dla wybranego roztworu wzorcowego poprzez zbadanie zmiany jego składu metodami analitycznymi.
Semestr II
Opis realizowanych badań:
- Ewaluacja właściwości adhezyjnych stabilności i mechanicznej opracowanych powłok przy użyciu mikroskopii sił atomowych. Ewaluacja właściwości adhezyjnych, stabilności chemicznej i mechanicznej opracowanych powłok przy użyciu typowych testów przedwdrożeniowych.
Rok akademicki: 2025/2026
Semestr I
Opis realizowanych badań:
- Kompleksowa charakterystyka fizykochemiczna powierzchni powłok otrzymanych z kompozycji polimerowych przygotowanych w skalo półtechnicznej.
- Opracowanie szczegółowej instrukcji procesu - technologii produkcji oraz kontroli jakości w skali półtechnicznej z uwzględnieniem wymagań skali przemysłowej.
- Wdrożenie produkcji opracowanych materiałów powłokotwórczych w skali półtechnicznej (do 100kg) przy wykorzystaniu dostępnego parku maszyn.
Semestr II
Opis realizowanych badań:
- Ewaluacja efektywności elektokatalitycznej powłok uzyskanych poprzez zastosowanie przemysłowych metod depozycji opracowanych ciekłych materiałów powłokotwórczych na typowe podłoża aplikacyjne.
- Przygotowanie eksperymentalnego układu umożliwiającego przetestowanie opracowanych rozwiązań, obejmujące aplikacje opracowanych ciekłych materiałów powłokotwórczych, ich usieciowanie i stabilność uzyskanej powłoki w czasie w warunkach przemysłowych.
Główne cele badawcze:
-
Optymalizacja kompozycji polimerowej zwierającej dodatki węglowe
-
Optymalizacja ilości i sposobu depozycji fazy aktywnej elektrokatalitycznie
-
Optymalizacja depozycji i utrwalania funkcjonalnej powłoki polimerowej o właściwościach elektrokatalitycznych