KIEROWNIK BADAŃ

dr inż. Anna Wolnowska

Jednym z istotnych problemów związanych z technologią tworzyw sztucznych oraz gospodarką odpadową są odpady poprodukcyjne oraz pokonsumpcyjne w postaci polimerów. W odpadach pokonsumpcyjnych dominują gównie poliolefiny, czyli polimery zawierające węgiel i wodór, pozyskane bezpośrednio z ropy naftowej. Do głównych poliolefin należą: polietylen (PE), polipropylen (PP) oraz polistyren (PS), polichlorek winylu (PCW), a także w coraz większym stopniu poli (tereftalan etylenu) (PET) i poliuretan (PU). Stanowią one ok. 80% światowej produkcji polimerów. Obecnie, w większości materiały te poddawane są procesom recyklingu mechanicznego (materiałowy), recyklingu chemicznego (surowcowy) oraz recyklingu energetycznego (spalanie). Jednocześnie ich właściwe zagospodarowanie wymaga współdziałania administracji samorządowej i centralnej z przemysłem, handlem oraz wykorzystania istniejącej infrastruktury naukowo-technicznej, co w pewnym zakresie może powadzić do bardziej złożonych i wymagających od strony zarządzania materiałowego struktur. W związku z tym istotne jest zarządzanie polimerowymi odpadami poprodukcyjnymi i pokonsumpcyjnymi w kontekście opracowania technologii, pozwalającej na bezpośrednie wykorzystanie tych odpadów na skalę przemysłową. Jednym ze sposobów na zagospodarowanie tych materiałów jest otrzymywanie nowych struktur węglowych, które mogą być wykorzystane jako adsorbenty zanieczyszczeń z fazy ciekłej, do których możemy zaliczyć barwniki syntetyczne oraz związki refrakcyjne w postaci metali ciężkich. Jednocześnie, większość barwników syntetycznych jest stabilna chemicznie na procesy foto czy biodegradacji. Ze względu na ich ekotoksyczny charakter (mutagenne, teratogenne, kancerogenne) wzrasta zapotrzebowanie na skuteczną technologię pozwalającą jednocześnie na prostą i efektywną separację tych związków z wód poprocesowych, przy jednoczesnym zarządzaniu jakością tych procesów i ochroną środowiska naturalnego.

Celem pracy badawczej jest zastosowanie instrumentów zarządzania jakością procesów do oceny wpływu zróżnicowanych warunków procesowych w technologii otrzymywania adsorbentów węglowych z wybranych materiałów polimerowych na ich charakterystykę fizyko-chemiczną, a także analiza zdolności adsorpcyjnych uzyskanych materiałów węglowych dla różnych warunków. Rozwiązanie problemu zagospodarowania odpadów i produktów ubocznych połączy i uzupełni nieporuszane do tej pory obszary w zakresie zarządzania jakością procesów, inżynierii mechanicznej i chemicznej.

Dla określenia optymalnych wartości zmiennych warunków procesu zostanie zastosowana dekompozycja złożonego problemu decyzyjnego i utworzenie rankingu finalnego dla skończonego zbioru wariantów przy użyciu wielokryterialnych metod hierarchicznej analizy decyzyjnej. W celu realizacji zakresu badawczego prowadzone będą badania dotyczące syntezy oraz charakterystyki otrzymywania adsorbentów z produktów polimerowych. Synteza adsorbentów prowadzona będzie w piecu rurowym dla zmiennych warunków procesowych (atmosfera - N2 oraz N2:O2, temperatura). Zmiana charakterystyki fizyko-chemicznej powierzchni będzie następować poprzez oddziaływanie otrzymanego adsorbentu z mediami w postaci kwasów i soli. Charakterystyka przeprowadzona zostanie za pomocą techniki HRTEM, FTIR, BET, Ramana oraz potencjału zeta. Badania zdolności adsorpcyjnej adsorbentów prowadzone będą w układzie łaźni wodnej termostatowanej z jednoczesnym pomiarem chwilowego stężenia barwników za pomocą spektrofotometru UV-VIS. W badaniach uwzględniony zostanie wpływ stężenia początkowego barwnika, wartość odczynu początkowego pH roztworu oraz temperatura procesu.

Spodziewanym wynikiem badań jest opracowanie wytycznych dla technologii otrzymywania adsorbentów z określonych odpadów poprodukcyjnych i/lub pokonsumpcyjnych, określenie ich zdolności adsorpcyjnej oraz ograniczeń w zastosowaniu. Przeprowadzone badania i zastosowane instrumentarium z zakresu zarządzania i sterowania jakością pozwolą na modelowanie opracowywanej technologii za pomocą hierarchii analitycznej oraz na wyłonienie optymalnych konfiguracji wartości czynników stymulujących badany proces.