OPUS 5 – Od centrum aktywnego do reaktora…

logo NCN

Od centrum aktywnego do reaktora: projektowanie aktywności katalizatorów z tlenków metali dla nośników strukturalnych o wysokich parametrach transportu masy i ciepła

nr projektu: 2013/09/B/ST8/00171
okres realizacji projektu: 2014-2017
.
.
Cel projektu:
Celem badawczym projektu jest opracowanie metodyki projektowania aktywnych nanostruktur katalitycznych z zasadowych tlenków metali (Fe, Co, Ni, Cu, Zn) przeznaczonych jako katalizatory utleniania do strukturalnych reaktorów o zwiększonych parametrach transportu masy i ciepła. Projektowanie katalizatorów odbywa się w istocie w trzech skalach: od centrum aktywnego począwszy, przez formowanie katalizatora i nośnika strukturalnego, aż po reaktor katalityczny. Transport masy i ciepła w reaktorach wymusza określoną aktywność katalizatorów i odwrotnie. Z kolei wypracowane struktury geometryczne wypełnień reaktorów, stawiają wysokie wymagania metodom preparatyki, co do jakości, wytrzymałości i grubości nanoszonych warstw.
Bez dogłębnego zrozumienia struktury powierzchni (molekularnej i elektronowej) pracującego katalizatora projektowanie nie jest możliwe. Metodyka projektowania katalizatorów w mikroskali oparta będzie na opracowanej systematyce zasadowych tlenków metali w relacji z tlenkami nośnika (SiO2, Al2O3, TiO2, ZrO2, CeO2, zeolity) i cząsteczkami sond powierzchniowych (CH4, CO, CH3OH). Poszczególne kombinacje oceniane będą za pomocą kryteriów ewaluacji reaktorów strukturalnych przygotowanych w oparciu o modele transportowe w reaktorach strukturalnych uwzględniające parametry mikrokinetyczne reakcji testowych utleniania cząsteczek sond.
 .
.
Zespół badawczy
Projekt jest wynikiem współpracy chemików Wydziału Chemii UJ i inżynierów różnych specjalności w kilku ośrodkach w Polsce (IICh PAN Gliwice, Politechnika Opolska, Wydział IPOŚ Politechniki Łódzkiej, Wydział Technologii Chemicznej Politechniki Krakowskiej) oraz z zagranicy (Lehigh University, University of Bath), których wspólnym przedmiotem zainteresowania jest inżynieria molekularna katalizatorów.

Efekty realizacji projektu:
Publikacje naukowe:
  1. Jodłowski, P.J., Jędrzejczyk, R.J., Chlebda, D., Gierada, M., Łojewska, J.
    In situ spectroscopic studies of methane catalytic combustion over Co, Ce, and Pd mixed oxides deposited on a steel surface
    (2017) Journal of Catalysis, 350, pp. 1-12.
    https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-85017565198&doi=10.1016%2fj.jcat.2017.03.022&partnerID=40&md5=4d59a4e5a4b7677fdb46738efc89cc5c
    DOI: 10.1016/j.jcat.2017.03.022
  2. Jodłowski, P.J., Jędrzejczyk, R.J., Gancarczyk, A., Łojewska, J., Kołodziej, A.
    New method of determination of intrinsic kinetic and mass transport parameters from typical catalyst activity tests: Problem of mass transfer resistance and diffusional limitation of reaction rate
    (2017) Chemical Engineering Science, 162, pp. 322-331.
    https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-85009455695&doi=10.1016%2fj.ces.2017.01.024&partnerID=40&md5=6d8b505a247db91dc6ae5979ec59d128
    DOI: 10.1016/j.ces.2017.01.024
  3. Jodłowski, P.J., Jędrzejczyk, R.J., Chlebda, D., Tyczkowski, J., Kryca, J., Kołodziej, A., Łojewska, J.
    Structure Effects on Activity of Plasma Deposited Cobalt Oxide Catalysts for VOC Combustion
    (2017) Topics in Catalysis, 60 (3-5), pp. 318-325. Cited 1 time.
    https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-85017015102&doi=10.1007%2fs11244-016-0618-7&partnerID=40&md5=62dc12705a2c3c4ba91a9e1c0cad6529
    DOI: 10.1007/s11244-016-0618-7
  4. Kryca, J., Iwaniszyn, M., Piątek, M., Jodłowski, P.J., Jędrzejczyk, R., Pędrys, R., Wróbel, A., Łojewska, J., Kołodziej, A.
    Structured Foam Reactor with CuSSZ-13 Catalyst for SCR of NOx with Ammonia
    (2016) Topics in Catalysis, 59 (10-12), pp. 887-894. Cited 1 time.
    https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-84977103560&doi=10.1007%2fs11244-016-0564-4&partnerID=40&md5=96260a28e284f68ae81fa4766b94f894
    DOI: 10.1007/s11244-016-0564-4
  5. Kryca, J., Jodłowski, P.J., Iwaniszyn, M., Gil, B., Sitarz, M., Kołodziej, A., Łojewska, T., Łojewska, J.
    Cu SSZ-13 zeolite catalyst on metallic foam support for SCR of NOx with ammonia: Catalyst layering and characterisation of active sites
    (2016) Catalysis Today, 268, pp. 142-149. Cited 4 times.
    https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-84953775886&doi=10.1016%2fj.cattod.2015.12.018&partnerID=40&md5=867799b49ff3aac69bfd3c18b4940dfe
    DOI: 10.1016/j.cattod.2015.12.018
  6. Jodłowski, P.J., Chlebda, D., Piwowarczyk, E., Chrzan, M., Jędrzejczyk, R.J., Sitarz, M., Węgrzynowicz, A., Kołodziej, A., Łojewska, J.
    In situ and operando spectroscopic studies of sonically aided catalysts for biogas exhaust abatement
    (2016) Journal of Molecular Structure, 1126, pp. 132-140. Cited 4 times.
    https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-84989209093&doi=10.1016%2fj.molstruc.2016.02.039&partnerID=40&md5=20d3ec26a352c14af394e2d219388613
    DOI: 10.1016/j.molstruc.2016.02.039
  7. Jodłowski, P.J., Chlebda, D.K., Jędrzejczyk, R.J., Dziedzicka, A., Kuterasiński, Ł., Sitarz, M.
    Characterisation of well-adhered ZrO2 layers produced on structured reactors using the sonochemical sol–gel method
    (2018) Applied Surface Science, 427, pp. 563-574.
    https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-85027578907&doi=10.1016%2fj.apsusc.2017.08.057&partnerID=40&md5=0ef467a7d4b684dd156f25d1b02c22d2
    DOI: 10.1016/j.apsusc.2017.08.057

Wykłady na zaproszenie:

  1. Joanna Łojewska, „Nowe i stare rozwiązania do niskotemperaturowego katalitycznego utleniania metanu z powietrza wentylacyjnego kopalń„, zaproszenie od Power and Industry, Konferencja “Metan kopalniany – szanse i zagrożenia”, 8 lutego 2017 Katowice
  2. Joanna Łojewska, „Coupled AFM/Raman microscopic systems for analysis of solid surfaces” XIVth International Conference on Molecular Spectroscopy From Molecules to Functional Materials 3.09-7.09.2017 – Białka Tatrzańska, Poland

 

Prezentacje na konferencjach:

  1. J. Jodłowski, R.J. Jędrzejczyk, D. Chlebda, M. Gierada, J. Łojewska, “In situ spectroscopic studies of methane catalytic combustion over Co, Ce, and Pd mixed oxides deposited on a steel surface”, XIVth International Conference on Molecular Spectroscopy From Molecules to Functional Materials 3.09-7.09.2017 – Białka Tatrzańska, Poland
  2. M. Chrzan, D. Chlebda, P. Jodłowski, E. Salamon, J. Łojewska, “In situ FTIR study on active centers of metal oxide catalysts for methane combustion”, XIVth International Conference on Molecular Spectroscopy From Molecules to Functional Materials 3.09-7.09.2017 – Białka Tatrzańska, Poland
  3. J. Łojewska, M. Chrzan, P. Jodłowski, D. Chlebda, A Kołodziej, “Operando spectroscopic studies on methane oxidation over Pd, Fe, Co, Ni oxides supported cataysts”, 8th World Congress on Oxidation Catalysis, 3-8 września 2017, Kraków
  4. J. Łojewska, A. Kołodziej, B. Gil, R. Jędrzejczyk, P. Jodłowski, D. Chlebda; “Multifunctional silver catalysts based on zeolites for low temperature oxidation of VOC”; XLIX Ogólnopolskie Kolokwium Katalityczne, Kraków 15-17 Marca 2017
  5. E. Piwowarczyk, M. Chrzan, D. Chlebda, P. Jodłowski, J. Łojewska, „Synteza, aktywacja i regeneracja katalizatora kobaltowo palladowego do utleniania metanu”; Sympozjum „Zimna Plazma jako narzędzie Inżynierii Molekularnej”, 13-16 czerwca 2016, Dębowiec, Polska
  6. M .Chrzan, E. Piwowarczyk, D. Chlebda, M. Kasza, P. Jodłowski, J. Łojewska, Badania in situ FTIR centrów aktywnych typowych nośników używanych w katalizie; Sympozjum „Zimna Plazma jako narzędzie Inżynierii Molekularnej”, 13-16 czerwca 2016, Dębowiec, Polska
  7. K. Chlebda, M. Chrzan, E. Piwowarczyk, P. J. Jodłowski, J. Łojewska, Badania in situ reakcji utleniania metanu; Sympozjum „Zimna Plazma jako narzędzie Inżynierii Molekularnej”, 13-16 czerwca 2016, Dębowiec, Polska
  8. A. Knapik, P. Jodłowski, A. Kołodziej, J. Łojewska, „Zimna Plazma jako narzędzie Inżynierii Molekularnej, Badania in situ kalcynacji blachy kantalowej używanej do formowania nośników strukturalnych”, Dębowiec, Polska, 13-16.06.2016
  9. I. Iwaniszyn, J. Łojewska, A.Kołodziej’ “Novel intense metallic monolith for automotive applications: experimental versus numerical studies” Book of Abstracts of International Symposium on Air & Water Pollution Abatement Catalysis AWPAC, Kraków 2014 – referat
  10. J. Łojewska, A. Kołodziej, A. Knapik, P. Jodłowski, J. Kryca, R. Jędrzejczyk, Od reaktora do centrum aktywnego: katalizatory strukturalne do usuwania spalin, Nauka i przemysł – metody spektroskopowe w praktyce, nowe wyzwania i możliwości, Lublin 10-12.06.2014 r. – referat

Postery na konferencjach:

  1. A. Chrzan, E. Salamon, D.K. Chlebda, P.J. Jodłowski, J. Łojewska; Badania centrów aktywnych katalizatorów tlenkowych za pomocą cząsteczek sond; XLIX Ogólnopolskie Kolokwium Katalityczne, Kraków 15-17 Marca 2017
  2. P. Jodłowski, R.J. Jędrzejczyk, D. Chlebda, M. Gierada, J. Łojewska, In situ spectroscopic studies of methane catalytic combustion over Co, Ce, and Pd mixed oxides deposited on a steel surface; XLIX Ogólnopolskie Kolokwium Katalityczne, Kraków 15-17 Marca 2017
  3. E. Piwowarczyk, M. Chrzan, D. Chlebda, P. J. Jodłowski, R. Jędrzejczyk, J. Łojewska; Characterization of cobalt-palladium catalysts for a catalytic combustion of methane; IV Łódzkie Sympozjum Doktorantów Chemii, Łódź 12‑13 maja 2016
  4. M. Chrzan, E. Piwowarczyk, D. Chlebda, P. J. Jodłowski, R. Jędrzejczyk, J. Łojewska; Characteristics of metallic structured catalysts for the reaction of methane catalytic combustion; IV Łódzkie Sympozjum Doktorantów Chemii, Łódź 12‑13 maja 2016
  5. D.K. Chlebda, P. J. Jodłowski, R. J. Jędrzejczyk, M. Chrzan, E. Piwowarczyk, J. Łojewska, Sonically aided nanocatalysts – new materials for biogas exhaust abatement; IV Łódzkie Sympozjum Doktorantów Chemii, Łódź 12‑13 maja 2016
  6. J. Jodłowski, R. Jędrzejczyk, D. Chlebda, E. Piwowarczyk, M. Chrzan, J. Kryca, M. Iwaniszyn, A. Kołodziej, J. Łojewska: Sonically aided catalysts for biogas exhaust abatement: experiments and modeling, International Conference on Structured Catalysts and Reactors, 22-24.06.2016, Donostia-San Sebastian, Spain
  7. J. Łojewska, R. Jędrzejczyk, T. Łojewski, J. Thomas, D. Pawcenis, A. Kołodziej, “International Conference on Structured Catalysts and Reactors, Low temperature oxidation catalyst based on silver exchanged zeolite”, International Conference on Structured Catalysts and Reactors, 22-24.06.2016, Donostia-San Sebastian, Spain
  8. J. Jodłowski, R. Jędrzejczyk, D. Chlebda, E. Piwowarczyk, M. Chrzan, M. Sitarz, J. Łojewska: Sonochemical synthesis of metal oxide catalysts for methane catalytic combustion: in situ and operando spectroscopic studies, French Conference on Catalysis (FCCat 1), 23 – 27.05.2016, Fréjus, France
  9. M. Chrzan, D. Chlebda, E. Piwowarczyk, P. J. Jodłowski, R. Jędrzejczyk, J. Łojewska; Katalityczne dopalanie metanu z użyciem katalizatorów strukturalnych: charakterystyka spektroskopowa technikami UV-VIS i XRF; Konferencja Mała Wielka Nauka, 10-11 grudnia 2015 r., Łódź
  10. E. Piwowarczyk, M. Chrzan, D. Chlebda, P. J. Jodłowski, R. Jędrzejczyk, J. Łojewska; Charakterystyka metalicznych katalizatorów strukturalnych dla katalitycznego spalania biogazu; Konferencja Mała Wielka Nauka, 10-11 grudnia 2015 r., Łódź
  11. P. Jodłowski, R. J. Jędrzejczyk, D. Chlebda, M. Chrzan, E. Piwowarczyk, J. Tyczkowski, J. Kryca, A. Kołodziej, J. Łojewska; Plasma deposited cobalt oxide structured catalyst for VOC combustion from biogas fuelled engines; Tenth International Congress on Catalysis and Automotive Pollution Control CAPOC 10, October 28th – 30th, 2015, Brussels, Belgium;
  12. J. Kryca, M. Iwaniszyn, P.J. Jodłowski, D. Chlebda, R. Pędrys, A. Wróbel, T. Łojewska, A. Kołodziej, J. Łojewska; “Structured foam reactor with CuSSZ-13 catalyst for SCR of NOx with ammonia. Kinetic and mass transport results”; Tenth International Congress on Catalysis and Automotive Pollution Control CAPOC 10, October 28th – 30th, 2015, Brussels, Belgium;
  13. J. Jodłowski, Ł. Szyszka, D. Chlebda, E. Piwowarczyk, M. Chrzan, R. Jędrzejczyk, M.Sitarz, M. Iwaniszyn, A. Kołodziej, J. Łojewska; In Situ and Operando Spectroscopic Studies of Sonically Aided Catalysts for Biogas Exhaust Abatement; International Conference on Molecular Spectroscopy, Wrocław September 09-13, 2015
  14. P. Jodłowski, D. Chlebda, R. J. Jędrzejczyk, E. Piwowarczyk, M. Chrzan, J. Tyczkowski, A. Kołodziej, J. Łojewska, 2D in situ Correlation Spectroscopic study of catalytic combustion of VOC`s over plasma deposited cobalt oxide structured catalyst, 12th International Conference on Catalysis in Membrane Reactors, Szczecin 22-25.06.2015;
  15. P. Jodłowski, A. Knapik, D. Chlebda, M. Chrzan, R.Kapica, J. Tyczkowski, A. Kołodziej, J. Łojewska, „VOC combustion effect of grain size of cobalt spinel catalyst deposited by low temperature plasma on metallic structured supports”, 12th International Conference on Catalysis in Membrane Reactors, Szczecin 22-25.06.2015;
  16. P. Jodłowski, A. Knapik, D. Chlebda, E.Piwowarczyk, A. Kołodziej, J. Łojewska, „Kinetic approach to evaluation of activity and mass transport in reactors in structured catalysts for VOC combustion”, 12th International Conference on Catalysis in Membrane Reactors, Szczecin 22-25.06.2015;
  17. J. Kryca, P. J. Jodłowski, B. Gil, M. Sitarz, D. Chlebda, R. J. Jędrzejczyk, A.Kołodziej, J. Łojewska, „Cu SSZ-13 zeolite catalyst on metallic foam support for SCR of NOX with ammonia: catalyst layering”, 12th International Conference on Catalysis in Membrane Reactors, Szczecin 22-25.06.2015;
  18. DK. Chlebda, M. A. Chrzan, E. Piwowarczyk, P. J. Jodłowski, R.J. Jędrzejczyk, J.Łojewska, „A spectroscopic characterization of structured catalysts for catalytic combustion of methane”, IX Kopernikanskie Seminarium Doktoranckie, 24-26 czerwca 2015 r. Toruń
  19. J. Jodłowski, R. J. Jędrzejczyk, D. Chlebda, E. Piwowarczyk, M. Chrzan, J. Łojewska; In situ spectroscopic investigation of the active intermediates during catalytic combustion of methane over structured cobalt based catalysts; Fifth International Conference on Operando Spectroscopy – Operando V; May 17-21, 2015; Deauville, France;
  20. A. Chrzan, D. K. Chlebda, E. Piwowarczyk, P. J. Jodłowski, R. J. Jędrzejczyk, J. Łojewska; Methane catalytic combustion over structured catalysts: a spectroscopic characterization by UV-Vis and XRF spectroscopy, III Łódzkie Sympozjum Doktorantów Chemii, 27‑28 kwietnia 2015, Wydział Chemii Uniwersytetu Łódzkiego, Ul. Tamka 12, Łódź;
  21. E. Piwowarczyk, D. K. Chlebda, M. Chrzan, R. J. Jędrzejczyk, P. J. Jodłowski, J. Łojewska, Characteristics of metallic structured catalysts for catalytic combustion of biogas; European Young Engineers Conference, 27-29 April 2015, Warsaw, Poland;
  22. J. Jodłowski, R.J. Jędrzejczyk, J. Ochońska-Kryca, D. Chlebda, A. Knapik, A. Wach, P. Kuśtrowski, P. Stelmachowski, A. Kołodziej, J. Łojewska, “Reaction rate in structured reactors: analytical: Methods for determination of catalyst amount”, „CHEMREACTOR-21”, Delft September 22-25, 2014;
  23. P. Jodłowski, R. Jędrzejczyk, D. Chlebda, J. Kryca, A. Knapik, K. Kurleto, A. Kołodziej, J. Łojewska, Methane catalytic combustion over structured reactors: kinetics and reaction mechanisms, AWPAC 2014 3rd International Symposium On Air & Water Pollution Abatement Catalysis, Kraków 1-5.09.2014;
  24. J. Kryca, M. Iwaniszyn, M. Piątek, P.J. Jodłowski, R. Jędrzejczyk, A. Kołodziej, J. Łojewska, „Structured foam reactor with Cu-SSZ13 catalyst for SCR of NOx with ammonia”, AWPAC 2014 3rd International Symposium On Air & Water Pollution Abatement Catalysis, Kraków 1-5.09.2014;
  25. P. Jodłowski, R. J. Jędrzejczyk, D. Chlebda, J. Ochońska-Kryca, A. Knapik, A. Wach, P.Kuśtrowski, P. Stelmachowski, A. Kołodziej, J. Łojewska, “Spektroskopowe i mikroskopowemetody analizy katalizatorów: aktywność i mechanizm reakcji dopalania metanu”, VII Ogólnopolskie Sympozjum Nauka i Przemysł – metody spektroskopowe w praktyce, nowe wyzwania i możliwości, Lublin 10-12 June 2014
  26. P. Jodłowski, R. J. Jędrzejczyk, D. Chlebda, J. Ochońska-Kryca, A. Knapik, A. Wach, P. Kuśtrowski, P. Stelmachowski, A. Kołodziej, J. Łojewska, “Jakościowe i ilościowe techniki analityczne: charakterystyka dystrybucji materiału aktywnego w katalizatorach”, VII Ogólnopolskie Sympozjum Nauka i Przemysł – metody spektroskopowe w praktyce, nowe wyzwania i możliwości, Lublin 10-12 June 2014
  27. J. Łojewska, A. Kołodziej, A. Knapik, P. Jodłowski, J. Kryca, R. Jędrzejczyk, „Od reaktora do centrum aktywnego: katalizatory strukturalne do usuwania spalin”, VII Ogólnopolskie Sympozjum Nauka i Przemysł – metody spektroskopowe w praktyce, nowe wyzwania i możliwości, Lublin 10-12 June 2014,
  28. R. Jędrzejczyk, P. J. Jodłowski, D. Chlebda, J. Łojewska, “Analysis of metal distribution in active catalysts for methane combustion”, School of Molecular Sieves – Catalysis Prague, J. Heyrovsky Institute of Physical Chemistry, 17-18 March 2014,
  29. P. Jodłowski, R.J. Jędrzejczyk, J. Ochońska – Kryca, J. Łojewska, „Characterisation of catalysts based on metal doped zeolites methane combustion by DRIFT spectroscopy”, School of Molecular Sieves – Catalysis Prague, J. Heyrovsky Institute of Physical Chemistry, 17-18 March 2014
  30. A. Rogulska, A. Knapik, J. Łojewska, “In situ Spectroscopic Studies of Supported Mo/ZSM-5 Catalyst: Probing the Active Sites by Methanol Adsorption“, 6th International FEZA Conference, Leipzig, Germany 2014
  31. A. Kołodziej, A. Burghardt, M. Iwaniszyn, J. Kryca, P. Jodłowski, J. Łojewska, Structured reactors optimization: entropic approach. Book of Abstracts of XXI International Conference on Chemical Reactors CHEMREACTOR-21, Delft, Netherland 2014
  32. M. Iwaniszyn, J. Łojewska, A. Kołodziej: Flow resistance and heat transfer in short channels of metallic monoliths: experiments versus CFD. Book of Abstracts of International Conference on Chemical Reactors CHEMREACTOR-21, Delft, Netherland 2014
  33. J.Kryca, P.J. Jodłowski, R. Jędrzejczyk, M. Iwaniszyn, M. Piątek, M.Sitarz, A. Kołodziej, J. Łojewska, Characterization and kinetic studies of deNOx reaction over Cu-SSZ-13 synthesized on metallic foams. Book of Abstracts of XXI International Conference on Chemical Reactors CHEMREACTOR-21, , Delft, Netherland 2014
  34. M. Piątek, M. Iwaniszyn, A. Gancarczyk, J. Kryca, P.J.Jodłowski, S. Kolaczkowski, R. Pędrys, J. Łojewska, A. Kołodziej, “Flow resistance, transport and morphology of metallic foams applied as catalyst carrier’; XXI International Conference on Chemical Reactors CHEMREACTOR-21, , Delft, Netherland 2014