• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Laureat FNP marzy o chemii przyjaźniejszej środowisku

    12.09.2011. 00:19
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Na opracowanie innowacyjnej, przyjaznej środowisku metody otrzymywania ważnych związków wyjściowych m.in. dla przemysłu farmaceutycznego, tworzyw sztucznych, kosmetycznego czy spożywczego pozwolą badania Marcina Kubisiaka z Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej. Laureat programu Ventures Fundacji na rzecz Nauki Polskiej na realizację projektu dotyczącego kontrolowanego utleniania alkanów w obecności związków alkilocynkowych otrzymał 154 tys. złotych.

    Nagrodzony przez FNP projekt doktorski jest realizowany pod kierunkiem prof. dr. hab. Janusza Lewińskiego z Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej i ma na celu głębsze poznanie procesu przekształcania prostych węglowodorów w odpowiednie alkohole i ketony używane przy produkcji wszelkich bardziej złożonych związków organicznych.

    Jak wyjaśnił PAP Marcin Kubisiak, tanie i przyjazne środowisku pozyskiwanie tych ważnych substratów od lat pozostaje wielkim wyzwaniem dla chemików - zarówno ze względów ekologiczno-ekonomicznych, jak i czysto poznawczych.

    Zaznaczył, że bezpośrednie utlenianie alkanów bez użycia katalizatora prowadzi do spalenia surowca. Reakcja taka, używana przez przemysł energetyczny, jest jednak całkowicie nieprzydatna w syntezie organicznej.

    "Dotychczasowe metody otrzymywania wspomnianych produktów na skalę przemysłową opierają się na kilkuetapowych syntezach +omijających+ etap bezpośredniego utleniania alkanów, wymagają jednak użycia toksycznych reagentów i wysokich temperatur. Są to ponadto procesy generujące znaczne ilości produktów ubocznych trudnych w zagospodarowaniu. Istotne jest zatem opracowanie takiej metody otrzymywania wspomnianych alkoholi i ketonów, aby zminimalizować wpływ procesu produkcyjnego na środowisko naturalne i zmaksymalizować jego wydajność" - powiedział PAP Kubisiak.

    Jak tłumaczył, badania nad usprawnieniem wyżej opisanych metod utleniania alkanów trwają od wielu lat. Dotychczas podobne reakcje modelowe prowadzono w laboratoriach na całym świecie z wykorzystaniem metali takich jak żelazo, platyna, mangan czy miedź, a więc metali aktywnych w procesach utleniania i redukcji (red-ox). Dodał, że są to metale drogie i trudne do utylizacji. W swoim projekcie doktorant użyje cynku - metalu nieaktywnego w procesach red-ox.

    "Początkowo badania skupiały się na zupełnie innym zagadnieniu, nie związanym z utlenianiem alkanów. Jak to często bywa w nauce, okazało się że prowadzone reakcje dają dwa wyniki - jeden spodziewany oraz jeden zupełnie nowy, zaskakujący, choć możliwy do wytłumaczenia i zgodny z wcześniejszymi przypuszczeniami" - wspomina chemik.

    Okazało się, że w odpowiednich warunkach prowadzenia reakcji z badanym katalizatorem oprócz przemian tego katalizatora można zaobserwować powstawanie produktów utleniania rozpuszczalnika, będącego węglowodorem aromatycznym.

    "Nie jest to częste zjawisko w warunkach jakich używamy, dlatego postanowiliśmy zbadać przyczynę takiego stanu rzeczy. Jedna reakcja przerodziła się w systematyczne badania" - zdradził swoje motywacje laureat stypendium FNP.

    Kubisiak podkreślił, że nadrzędnym celem projektu jest opracowanie procesu który można racjonalnie modyfikować w zależności od potrzeb produkcyjnych, tzn. dostosować warunki i katalizator do konkretnego, produkowanego w danej chwili produktu.

    "Takie podejście wymaga dobrej znajomości specyfiki układu katalitycznego i umożliwia najefektywniejsze wykorzystanie surowców i energii, co pomaga chronić środowisko naturalne przed niepotrzebnym zanieczyszczeniem. Dlatego istnieją dwa cele pośrednie - po pierwsze badania podstawowe które mają umożliwić poznanie mechanizmów rządzących tą reakcją. Po drugie - dobranie takich warunków reakcji, aby można było rozpocząć wdrażanie jej na skalę produkcyjną" - wyjaśnił badacz.

    Współpracą w ramach omawianego projektu zainteresowany jest Zakład Doświadczalny "Chemipan" działający przy Instytucie Chemii Fizycznej i Instytucie Chemii Organicznej Polskiej Akademii Nauk. Zakład ma duże doświadczenie w prowadzeniu przemysłowych procesów otrzymywania związków o wysokiej cenie jednostkowej, tzw. fine chemicals, dlatego jest zainteresowany wdrożeniem projektu na skalę przemysłową.

    PAP - Nauka w Polsce, Karolina Olszewska

    agt/bsz


    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Metoda Ostwalda – technologia otrzymywania kwasu azotowego metodą katalitycznego utleniania amoniaku do tlenku azotu (NO), opracowana przez niemieckiego fizykochemika, Wilhelma Ostwalda w oparciu o wyniki badań katalizy heterogenicznej, warunków równowagi chemicznej w reakcjach złożonych i szybkością reakcji chemicznych (Nagroda Nobla w dziedzinie chemii, 1909). Reakcja zachodzi w mieszaninie amoniaku i powietrza w temperaturze 800–900 °C na powierzchni katalizatora platynowego (stop platyny z rodem) w warunkach umożliwiających zminimalizowanie powstawania trwałego końcowego produktu utleniania – azotu. Kwas azotowy otrzymuje się w wyniku utleniania NO i absorpcji NO2 i N2O3 w rozcieńczonych roztworach HNO3. Absorpcja jest prowadzona w systemie wież absorpcyjnych, pracujących przeciwprądowo. Synteza organiczna – dział chemii organicznej. Zajmuje się przekształcaniem jednych związków – łatwo dostępnych handlowo, w inne – o pożądanej strukturze. Najczęściej produkt końcowy charakteryzuje się jakimiś korzystnymi właściwościami (np. jest aktywny biologicznie, elektrochemicznie, czy ma właściwości kompleksotwórcze). O syntezie organicznej można także mówić w ujęciu przemysłu chemicznego, który zajmuje się wdrażaniem opracowanej laboratoryjnie metody do produkcji wielkotonażowej. Kolejnym aspektem syntezy organicznej jest synteza asymetryczna, która prowadzi do utworzenia nowego centrum asymetrycznego w cząsteczce. Wydział Chemiczny Politechniki Śląskiej – jeden z 4 najstarszych wydziałów Politechniki Śląskiej. Obecnie wydział zatrudnia 27 profesorów i doktorów habilitowanych oraz 73 doktorów. Działalność naukowa wydziału obejmuje badania dotyczące następujących zagadnień: transformacja węglowodorów, synteza, struktura i reaktywność pięcio- i sześcioczłonowych układów heterocyklicznych; chemia węglowodanów, kompleksy metali w syntezie organicznej, procesy utleniania, chemia związków nadtlenowych, fizykochemia i technologia polimerów, synteza i modyfikacje polimerów, zjawiska transportu gazów i jonów w polimerach i membranach polimerowych, procesy katalityczne w technologii i ochronie środowiska, technologie chemicznej i termicznej przeróbki węgla, technologie przerobu surowców węglopochodnych, utylizacja wybranych odpadów przemysłowych, nowe technologie i teoria procesów nieorganicznych i elektrochemicznych, optymalizacja rozwiązań technicznych i aparaturowych procesów przemysłowych; statyka i makrokinetyka procesów nieorganicznych, przemiany fazowe i procesy na granicach faz w układach wieloskładnikowych; substancje o specjalnej czystości i specjalnych właściwościach; utylizacja i zarządzanie odpadami przemysłowymi; korozja i ochrona przed korozją; przemysłowa analiza chemiczna; ekoanaliza, analiza materiałów biologicznych, nowe reakcje i odczynniki analityczne; wymiana masy i ciepła; wybrane zagadnienia inżynierii bioprocesowej; dynamika reaktorów chemicznych; krystalizacja, filtracja, mieszanie, sedymentacja, destylacja, transport pneumatyczny, oczyszczanie gazów. Pracownicy Wydziału współpracują z wieloma ośrodkami akademickimi, jak np. Iowa State Univeristy, Kansas University of Lawrence, Uniwersytet w Trondheim, Université de Rennes, Universita La Sapienza i Universita di Bologna, University College London, University of Southern Denmark, Uniwersytet w Heidelbergu i Uniwersytet w Brunszwiku, Hubei Polytechnical University, Politechnika w Kijowie i Politechnika Lwowska, Vysoka Technicka Skola – Bratislava, Pamukkale University, National Research Center. Współpraca obejmuje wspólne badania naukowe w wielu dziedzinach, wymianę kadry profesorskiej, młodych pracowników naukowych ze stopniem doktora, doktorantów i studentów, jak również prowadzenie studiów doktoranckich w systemie „joint-supervision”.

    Kwasy humusowe (kwasy próchnicowe) – mieszanina wielkocząsteczkowych związków organicznych o zmiennym składzie (w zależności od składu materii organicznej, z której powstają) i charakterze kwasowym, wchodzących w skład próchnicy glebowej i roztworów wód naturalnych. Tworzą się one w biochemicznych procesach rozkładu związków organicznych budujących żywe organizmy. Budowa tych wyjątkowo skomplikowanych związków nie jest jeszcze do końca poznana, dlatego najczęściej rozpatruje się je na zasadzie różnic pomiędzy różnymi rodzajami tych substancji. Wyróżnia się dwie podstawowe grupy tych związków, kwasy fulwowe oraz huminowe: Reakcje równoległe – elementarne reakcje chemiczne, które zachodzą równocześnie w tym samym środowisku, czego wynikiem jest powstawanie mieszaniny produktów reakcji prostych. Równanie reakcji złożonej z dwóch lub wielu reakcji równoległych jest sumą odpowiednich równań reakcji elementarnych – wyraża bilans masy (zobacz – stechiometria), a nie ilustruje mechanizmu reakcji. Wyrażenie określające wartość stałej równowagi reakcji złożonej jest liniową kombinacją wyrażeń dotyczących reakcji elementarnych.

    Rdza – niejednolita warstwa produktów utleniania żelaza i jego stopów (np. stali) w wodzie, wilgotnej atmosferze lub gruncie, zawierająca głównie tlenki i wodorotlenki żelaza. Taki proces niszczenia powierzchni metali jest zwany korozją. Potocznie termin „rdza” bywa też stosowany do określenia innych warstw produktów utleniania metali, w tym utleniania żelaza w gazach suchych lub utleniania stopów metali nieżelaznych (np. zgorzelina, śniedź, warstwy pasywujące). Przy wystarczającej ilości czasu, tlenu i wody, każda masa żelaza ostatecznie przekształca w całości w rdzę i rozpada się. Reakcja złożona – reakcja chemiczna, w której można wyodrębnić dwie lub więcej różnych reakcji elementarnych, nazywanych również prostymi lub izolowanymi (np. rozpad określonych związków chemicznych lub reakcje zachodzące w wyniku zderzenia cząsteczek dwóch lub trzech związków, wchodzących w skład mieszaniny reagentów). Równanie reakcji złożonej jest sumą odpowiednich równań reakcji elementarnych – wyraża bilans masy (zobacz – stechiometria), a nie ilustruje mechanizmu reakcji. Wyrażenie określające wartość stałej równowagi reakcji złożonej jest liniową kombinacją wyrażeń dotyczących reakcji elementarnych. Opisy kinetyki opiera się również na znajomości równań kinetycznych reakcji elementarnych.

    Biotransformacje - katalizowane przez enzymy reakcje chemiczne, w których następuje przekształcenie określonego(nych) fragmentu(ów) substratu. Biotransformacje u mikroorganizmów można porównać do "biokatalizatorów", które przeprowadzają przemiany prowadzące do otrzymania pożądanego produktu. Są to procesy wykorzystujące najczęściej tylko jeden enzym i nie dostarczają komórce energii ani potrzebnych związków. Biotransformacje zachodzą też w formach przetrwalnikowych mikroorganizmów dzięki braku zaangażowania jakichkolwiek szklaków metabolicznych w proces. Jednym z ważniejszych problemów przy stosowaniu biotransformacji jest występujące ograniczenie przepuszczalności substratów i produktów przez błony cytoplazmatyczne lub też wydzielenie odpowiedniego enzymu z komórki. Dlatego też opracowanie specyficzne sposoby postępowania zależą od charakteru mikroorganizmu (np. środki powierzchniowo czynne). Karol Lesław Grela (ur. 23 listopada 1970 w Warszawie) – polski chemik organik, profesor, nauczyciel akademicki. Zajmuje się zagadnieniami syntezy organicznej, metatezy olefin i chemii metaloorganicznej. Tytuł zawodowy magistra inżyniera uzyskał w 1994 roku na Wydziale Chemicznym Politechniki Warszawskiej. Stopień naukowy doktora nauk chemicznych uzyskał w 1998 roku w Instytucie Chemii Organicznej Polskiej Akademii Nauk (promotor prof. Mieczysław Mąkosza). Następnie odbył staż podoktorski (1999–2000) w Instytucie Maxa Plancka (Max-Planck-Institut für Kohlenforschung) w Mülheim (Niemcy) pod kierunkiem prof. Aloisa Fürstnera. Habilitacja w IChO PAN w 2003. Tytuł naukowy profesora zwyczajnego uzyskany w 2008. Od 2012 roku związany z Wydziałem Chemii Uniwersytetu Warszawskiego gdzie jest nauczycielem akademickim. Kieruje badaniami naukowymi zespołu w Laboratorium Syntezy Metaloorganicznej w Centrum Nowych Technologii III na warszawskiej Ochocie.

    Piec hutniczy – rodzaj pieca służący do otrzymywania produktów i półproduktów metalurgicznych. Ponieważ większość procesów metalurgicznych wymaga wysokich temperatur, piece hutnicze są zazwyczaj bardzo dobrze izolowane. Konstrukcja pieca jest zależna od prowadzonego procesu oraz stanu skupienia produktów.

    Liczba postępu reakcji (λ) – miara postępu reakcji chemicznej oparta na umownym założeniu, że jednostkowy postęp odpowiada zużyciu takich liczb moli substratów i powstaniu takich liczb moli produktów, które są równe współczynnikom stechiometrycznym (νi) w równaniu reakcji. Pojęcie liczby postępu reakcji zdefiniował Théophile de Donder w 1920 roku. Jest stosowane np. do wyrażania stopnia przemiany reagentów w danej chwili albo – w termodynamice chemicznej – jako podstawa dla określania powinowactwa chemicznego, ciepeł tworzenia związków lub entalpii innych reakcji, odnoszonych do λ = 1.

    Chemia fizyczna, fizykochemia – jeden z głównych działów chemii zajmujący się poznaniem zjawisk fizycznych występujących w trakcie i na skutek przemian (reakcji) chemicznych. Chemia fizyczna zajmuje się także własnościami fizycznymi związków chemicznych wynikającymi bezpośrednio z ich struktury chemicznej. Ze względu na najwyższy spośród głównych działów chemii stopień użycia metod matematycznych jest też działem najbliższym fizyce. Zob. też fizyka chemiczna. Suszenie rozpyłowe, inaczej rozpryskowe, jest metodą odwadniania produktów w postaci roztworu lub koloidalnym (zawiesin) do postaci proszku. Polega na rozpyleniu płynnego produktu w komorze suszarni, przez którą przepływa jednocześnie gorący czynnik suszący (powietrze lub gaz obojętny w temperaturze około 130-240 °C), powodując gwałtowne odparowanie rozpuszczalnika z kropel (mgły), które w ten sposób zamieniają się w drobiny proszku opadającego na dno komory. Metoda ta należy do grupy konwekcyjnych metod suszenia. Charakteryzuje się stosunkowo niskim (np. w porównaniu do liofilizacji) nakładem energetycznym i jest łatwa do wykorzystania na dużą skalę, w procesach ciągłych. Powszechnie stosowana w wielu branżach przemysłu, w tym w przemyśle spożywczym do otrzymywania produktów takich, jak mleko w proszku czy kawa rozpuszczalna, (instant) oraz wielu półproduktów, jak również w przemyśle chemicznym i kosmetycznym.

    Oddychanie komórkowe – jest wielostopniowym biochemicznym procesem utleniania związków organicznych związanym z wytwarzaniem energii użytecznej metabolicznie. Oddychanie przebiega w każdej żywej komórce w sposób stały. Zachodzi ono nawet wtedy, gdy inne procesy metaboliczne zostaną zahamowane. Chociaż istnieją różnice w przebiegu procesu oddychania u poszczególnych grup organizmów, to zestaw enzymów katalizujących poszczególne reakcje składające się na oddychanie jest zbliżony u wszystkich organizmów żywych. Zachodzenie oddychania jest jednym z najczęściej stosowanych wskaźników zachodzenia procesów życiowych. Jedynie wirusy będące strukturami na pograniczu życia i cząstek chemicznych nie przeprowadzają procesu oddychania. Chemiczna analiza jakościowa, to zespół technik umożliwiających poznanie składu chemicznego badanych mieszanin związków chemicznych. Zazwyczaj wykorzystuje się charakterystyczne reakcje chemiczne dla poszczególnych grup związków.

    Dodano: 12.09.2011. 00:19  


    Najnowsze