Kierownik projektu: mgr inż. Martyna Jurkiewicz
Konkurs: PRELUDIUM 22
Przyznana kwota: 68 320 PLN
Kto z nas nie chciałby oddychać czystym powietrzem, nie rezygnując tym samym z produktów
ułatwiających nasze życie? Obecnie w mediach przekazywane są głównie informacje na temat negatywnego
wpływu CO2 na środowisko. Obowiązkiem naukowca jest wskazać, że prawda jest nieco bardziej złożona.
Rosnąca świadomość ekologiczna społeczeństwa sprawia, że wśród zanieczyszczeń powietrza aż 60%
stanowią lotne związki organiczne (LZO), czyli substancje ciekłe z łatwością przechodzące w stan gazu.
Wśród nich są związki chemiczne będące przedstawicielami różnych grup związków organicznych, jednak
najbardziej znanymi są: aceton, heksan, oktan, octan etylu, terpeny, metanol, etanol. Ich źródłem emisji są
różne gałęzie przemysłu, w których LZO znajdują zastosowanie, np. przemysł farmaceutyczny, elektroniczny,
petrochemiczny, chemiczny. Lotne związki organiczne są stosowane także przy produkcji tuszów do drukarek,
papieru, tworzyw sztucznych, skóry czy przy barwieniu tekstyliów. LZO wchodzą w skład farb, lakierów, mas
gipsowych, środków czyszczących, tynków, odświeżaczy powietrza, kostek toaletowych, klejów. Niestety
procesy przemysłowe to nie jedyne źródła emisji lotnych związków organicznych, należy jeszcze wymienić
pojazdy spalinowe i rolnictwo. Znaczne ilości LZO uwalniają się także z asfaltu. Życie codzienne człowieka
również nie pozostaje bez znaczenia. Palenie papierosów, gotowanie, czyszczenie powierzchni to aktywności,
którym towarzyszy uwalnianie lotnych związków organicznych. Przez tak szerokie zastosowanie LZO,
organizm ludzki jest narażony na ich działanie w domu, w samochodzie, w pracy czy na spacerze. Zawroty
i bóle głowy, podrażnienie błon śluzowych i dróg oddechowych, zaczerwienienie oczu i skóry, nudności to
typowe objawy krótkotrwałego kontaktu z większością lotnych związków organicznych. Długotrwałe
narażenie na znaczne stężenia tych substancji skutkuje wadami płodu, uszkodzeniem układów nerwowego
i oddechowego, dysfunkcjami narządów wewnętrznych, a nawet zachorowaniem na nowotwory. Wykazano,
że w oddechu ludzkim znajduje się około 1000 lotnych związków organicznych w śladowych ilościach.
Niektóre z nich pojawiają się u wszystkich osobników, a część związków jedynie u osób palących lub chorych
na raka płuc. Z uwagi na szkodliwość LZO konieczne jest ograniczanie ich stężeń w gazach odlotowych,
w powietrzu na zewnątrz i wewnątrz pomieszczeń.
Inżynierowie opracowali kilka skutecznych sposobów usuwania LZO z powietrza. Jednym z nich jest
proces adsorpcji, który w przemyśle uważany jest za wysoce efektywny sposób oczyszczania gazów i cieczy
z substancji organicznych i jonów związków nieorganicznych. Adsorpcja polega na gromadzeniu się
cząsteczek substancji (adsorbatu) na powierzchni porowatego ciała stałego (adsorbentu), w wyniku czego
następuje zmiana stężenia substancji w fazie objętościowej. Szczególnie rozpowszechnionym adsorbentem
jest węgiel aktywny, znany nie tylko w świecie inżynierów, ponieważ znalazł zastosowanie w kosmetologii,
medycynie oraz filtrach wody i powietrza do użytku domowego. Za pomocą reakcji chemicznych między
związkami chemicznymi a adsorbentem można zmieniać jego właściwości, które wpływają na
wychwytywanie konkretnych grup związków. Celem tego projektu jest określenie wpływu modyfikacji węgli
aktywnych na selektywność adsorpcji mieszanin lotnych związków organicznych z fazy gazowej, a także
szczegółowa charakterystyka tego procesu. Węgiel aktywny, po modyfikacji kwasem jabłkowym, melaminą
i wodorotlenkiem potasu kierowany będzie do adsorbera. Od dołu na złoże kierowany będzie strumień
powietrza wraz z parami lotnych związków organicznych. Mając na uwadze, że w gazach odlotowych czy
powietrzu lotne związki organiczne nie występują pojedynczo, zostaną stworzone układy, które będą
odzwierciedleniem warunków rzeczywistych. Układy złożone będą w różnych konfiguracjach z m. in.
następujących adsorbatów: heksan, heptan, 2-butanon, 1-propanol. Za złożem adsorpcyjnym badane będzie
stężenie poszczególnych substancji za pomocą chromatografu gazowego, dzięki któremu możliwa jest analiza
jakościowa i ilościowa strumienia gazu. To z kolei pozwoli określić czas przebicia złoża, czyli czas, po którym
stężenie wylotowe danego zanieczyszczenia wynosi więcej niż 5% stężenia początkowego. Następnie strumień
gazu kierowany będzie na mineralne złoże adsorpcyjne i ponownie gaz odlotowy będzie poddawany analizie
chromatograficznej. Dzięki przeprowadzonym badaniom możliwe będzie wyznaczenie selektywności
adsorpcji, oddziaływań adsorbat – adsorbent, a także znalezienie odpowiedniego sposobu modyfikacji
adsorbentów do adsorpcji konkretnych mieszanin LZO. Z uwagi na połączenie złoża węglowego ze złożem
mineralnym tego typu rozwiązanie nazwano hybrydowymi złożami adsorpcyjnymi. Istotnym elementem
badań będzie opis ruchu masy w złożach adsorpcyjnych, charakterystyka kinetyki procesu. Aby nie generować
odpadów, po przeprowadzonej adsorpcji węgiel aktywny i adsorbent mineralny będą regenerowane ogrzanym
gazem obojętnym, co pozwoli na ponowne użycie adsorbentu, określenie jego efektywnego działania przy
ponownym użyciu oraz odzyskanie zaadsorbowanych rozpuszczalników.
Wyniki badań stanowić będą uzupełnienie dotychczasowej wiedzy, a dodatkowo będą przydatne przy planowaniu przemysłowych
procesów adsorpcji, gdzie kluczowa będzie selektywność względem konkretnych lotnych związków
organicznych, a także kinetyka procesu
