Zachęcamy do zapoznania się z publikacją

Transkrypt

Stypendia doktoranckie
inwestycja w kadrę naukową województwa opolskiego
Samorząd
Województwa Opolskiego
Politechnika
Opolska
Opole 2014
Uniwersytet
Opolski
Stypendia doktoranckie
inwestycja w kadrę naukową
województwa opolskiego
Opole 2014
Opracował zespół projektowy Lidera projektu pt. Stypendia doktoranckie – inwestycja
w kadrę naukową województwa opolskiego, pracownicy Urzędu Marszałkowskiego Województwa Opolskiego, Departamentu Koordynacji Programów Operacyjnych w składzie:
Agnieszka Okupniak
Brygida Głąb
Dorota Lipin
Iwona Respondek
z udziałem członków zespołu projektowego Partnerów w składzie:
prof. dr hab. inż. Krystyna Czaja – Uniwersytet Opolski
prof. dr hab. inż. Tadeusz Łagoda – Politechnika Opolska
Pod kierunkiem
dr inż. Kariny Bedrunki
Urząd Marszałkowski Województwa Opolskiego
Departament Koordynacji Programów Operacyjnych
ul. Piastowska 14, 45-082 Opole
tel. + 48 77 54 16 565, 566
fax. +48 77 54 16 567
e-mail: [email protected]
www.opolskie.pl
www.stypendiadoktoranckie.opolskie.pl
Publikacja jest dostępna w wersji elektronicznej na stronie internetowej projektu pt.
Stypendia doktoranckie – inwestycja w kadrę naukową województwa opolskiego:
Nakład: 500 egz.
Egzemplarz bezpłatny
ISBN 978-83-60455-73-9
Przygotowanie do druku, redakcja, korekta, druk:
Drukarnia „Sady”
Osiedle Sady 2, 47-303 Krapkowice
tel. +48 77 46 67 024
fax. +48 77 46 63 822
www.sady.net.pl
Stypendia doktoranckie – inwestycja w kadrę naukową województwa opolskiego
Spis treści
Podstawowe informacje o projekcie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Wypowiedź Marszałka Województwa Opolskiego Andrzeja Buły . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Wypowiedź JM Rektora Uniwersytetu Opolskiego
prof. zw. dr hab. Stanisława Nicieji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Wypowiedź JM Rektora Politechniki Opolskiej
prof. dr hab. inż. Marka Tukiendorfa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Uniwersytet Opolski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Chemia
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fizyka .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
75
Biologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
Politechnika Opolska . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
Mechanika
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
90
Automatyka i Robotyka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Budowa i Eksploatacja Maszyn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
4
Budownictwo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
145
Elektrotechnika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
147
Podstawowe informacje o projekcie:
Okres realizacji: od 1 lipca 2012r. do 30 września 2014r.
Całkowita wartość projektu: 6 207 427,99 PLN
Strona internetowa: www.stypendiadoktoranckie.opolskie.pl
Stypendia doktoranckie – inwestycja w kadrę naukową województwa opolskiego to projekt systemowy zrealizowany przez Samorząd Województwa Opolskiego w partnerstwie
z Uniwersytetem Opolskim oraz Politechniką Opolską.
Jako główny cel projektu określono wzrost innowacyjności gospodarki i wzmocnienie
powiązań pomiędzy uczelniami a przedsiębiorstwami poprzez wsparcie stypendialne doktorantek/doktorantów opolskich uczelni współpracujących z opolskimi przedsiębiorstwami.
Projekt był skierowany do doktorantek/doktorantów kształcących się na kierunkach
matematyczno-przyrodniczych i technologicznych (SMT – Science, Mathematics and
Technology) oraz zgodnych z Regionalną Strategią Innowacji Województwa Opolskiego.
W ramach projektu przyznano 76 stypendiów doktoranckich dla Uniwersytetu Opolskiego
i Politechniki Opolskiej na rok akademicki 2012/2013 i 76 stypendiów na rok 2013/2014.
Stypendia w poszczególnych latach akademickich były wypłacane przez okres 12 miesięcy.
Przyznane wsparcie stanowiło narzędzie zachęty dla doktorantek/doktorantów do intensywnej pracy badawczej oraz do podejmowania tematyki badań, które można wykorzystać w przemyśle, w danym przedsiębiorstwie/sektorze przyczyniając się do zwiększenia
potencjału innowacyjnego województwa opolskiego.
Inauguracja stypendiów doktoranckich
w roku akademickim 2012/2013.
Inauguracja stypendiów doktoranckich
w roku akademickim 2013/2014.
5
Szanowni Państwo
Świadoma i efektywna współpraca środowisk naukowych z przemysłem i umożliwienie w ten sposób transferu wiedzy
z sektora badawczo-rozwojowego do gospodarki regionu to działania konieczne dla
rozwoju województwa. Dlatego też władze
samorządowe regionu inicjują projekty,
które mają taką współpracę wspomóc
i zintensyfikować.
Do wzmacniania takich kontaktów z pewnością przyczynia się projekt pn. „Stypendia doktoranckie – inwestycja w kadrę
naukową województwa opolskiego” realizowany przez Samorząd Województwa
Opolskiego w partnerstwie z Uniwersytetem Opolskim i Politechniką Opolską w ramach PO Kapitał Ludzki. Projekt zapewnia
Marszałek Województwa Opolskiego
wsparcie finansowe w formie rocznych
Andrzej Buła
stypendiów dla doktorantek i doktorantów prowadzących badania naukowe we
współpracy z przedsiębiorstwami w całym regionie.
Stypendia doktoranckie, udzielane w ramach projektu są zachętą do intensywnej i efektywnej pracy badawczej, która powinna przyczynić się do wzrostu innowacyjności i konkurencyjności opolskiej gospodarki. Z jednej strony powstają ciekawe prace naukowe,
z drugiej zaś nowoczesne rozwiązania dla naszego przemysłu.
Projekt stypendialny dla doktorantów wpisuje się w realizację Strategii Rozwoju Województwa Opolskiego do 2020 roku, a zwłaszcza w jedno z zapisanych w niej wyzwań
rozwojowych, którym jest konkurencyjna gospodarka oparta na innowacyjności i współpracy z nauką.
Mam nadzieję, że praca młodych naukowców, którzy otrzymali stypendia w ramach tego
projektu, przyczyni się zarówno do wzmocnienia potencjału badawczo-rozwojowego uczelni
i instytutów naukowych, jak i do wypracowania innowacyjnych rozwiązań i nowoczesnych
technologii, w szczególności tych możliwych do opatentowania oraz wykorzystania w gospodarce naszego regionu.
6
Szanowni Państwo
Uniwersytet Opolski dysponuje dużym
potencjałem naukowym, o którym stanowią nie tylko prace doświadczonej kadry
naukowo-dydaktycznej, ale i w dużym
stopniu projekty młodych, ambitnych
badaczy.
Stypendia naukowe dla wybitnych młodych naukowców są odpowiedzią na sygnały opolskiego środowiska naukowego o potrzebie wsparcia skierowanego
do doktorantów, czyli początkujących
adeptów nauki.
Stworzenie warunków sprzyjających rozwojowi kadry naukowej i promocji nowatorskich pomysłów poprzez realizację
projektu stypendialnego oraz umożliwieJM Rektor Uniwersytetu Opolskiego
nie prowadzenia innowacyjnych badań
prof. dr hab. Stanisław Nicieja
to szansa na budowanie konkurencyjnej
gospodarki opartej na wiedzy. Dlatego
tak ważne są wszelkie inicjatywy wspierające ambitnych i kreatywnych doktorantów,
motywujące ich do twórczego i efektywnego działania.
Projekt umożliwia optymalizację warunków do prowadzenia badań naukowych przez
doktorantów, którzy przez swoje koncepcyjne i nieszablonowe pomysły przyczynią się
do technicznego, społecznego oraz kulturalnego rozwoju regionu opolskiego.
Jestem przekonany, że program stypendialny nie tylko pozwoli pokonać bariery finansowe, ale także stanie się dodatkową motywacją do jeszcze bardziej wytężonej pracy
doktorantów na rzecz gospodarki opartej na wiedzy. Dotychczasowe doświadczenia
jednoznacznie pokazują, że aktywność naukowa sukcesywnie przyczynia się do rozwoju
całego regionu.
7
Kadry naukowej
nigdy za wiele...
Trywialne wydaje się w obecnych czasach,
że trzeba jeszcze kogokolwiek przekonywać jak bardzo potrzebujemy wykształconej kadry naukowej.
Ponadto kształcenie nie może się koncentrować jedynie na studiach I i II stopnia.
O ile w trakcie pięciu lat młody człowiek
zdobywa potrzebne mu kwalifikacje, o
tyle innowacje, nowe rozwiązania potrzebne we współczesnym świecie by być
np. bardziej konkurencyjnym, są często
udziałem tych, którzy zdecydują się na
studia III stopnia.
To właśnie wtedy zaczyna się prawdziJM Rektor Politechniki Opolskiej
wa przygoda z nauką. Wówczas młodzi
prof. dr hab. inż. Marek Tukiendorf
naukowcy, doktoranci pracujący nad konkretnymi tematami poświęcają im najwięcej czasu. Uwaga i skupienie nad nowym
pomysłem, projektem, prototypem często owocuje wdrożeniami, patentami, wzorami
użytkowymi. W ten sposób zmienia się świat. Porażka na tym etapie często mobilizuje do
dalszej pracy. Nauka nie jest jednak tania. Prowadzenie badań wymaga narzędzi, które w
zależności od dyscypliny i obszaru, w którym porusza się naukowiec kosztują więcej lub
mniej. Z tym większą radością przyjmujemy każde działanie, które motywuje młodych
ludzi do podejmowania tego – nazwijmy to – ryzyka.
Bez programów wsparcia, stypendiów, które także jako uczelnia realizujemy nie będziemy
w stanie konkurować za kilka, czy kilkanaście lat z badaczami z krajów wysokorozwiniętych.
O tym, jak ważne jest środowisko doktorantów dla Politechniki Opolskiej, niech świadczy
współpraca z samorządem młodych naukowców.
Uczelnia, którą przyszło mi kierować, jest w czołówce rankingu najbardziej prodoktoranckich w Polsce. Należy, z całą stanowczością, iść tą drogą i traktować to jako inwestycję,
której owoce będziemy zbierać w przyszłości.
8
Uniwersytet
Opolski
Chemia
Promotor/opiekun naukowy
prof. dr hab. inż. Piotr P. Wieczorek
Tytuł pracy doktorskiej /projektu badawczego
Wydzielanie i oznaczanie naturalnych związków
endokrynologicznie czynnych w próbkach rzeczywistych
Cel pracy doktorskiej /projektu badawczego
Prowadzone badania dotyczą związków endokrynologicznie czynnych
(ang. EDCs), a w szczególności fitoestrogenów naturalnych EDCs, które ze
względu na swoje podobieństwo do naturalnie występujących hormonów
endogennych mogą w znacznym stopniu wpływać na ich prawidłowe funkcjonowanie, co może nieść za sobą poważne skutki dla zdrowia człowieka.
Zwykle poziom fitoestrogenów oznaczany jest w skomplikowanych matrycach jakimi są próbki biologiczne i środowiskowe. Oprócz badanych analitów, znaleźć w nich można wiele innych związków organicznych przeszkadzających w analizie oraz niejednokrotnie występujących w dużo wyższych
stężeniach niż badany analit. Dlatego też głównym celem mojej pracy jest
opracowanie metod pozwalających na efektywne wydzielanie, oczyszczanie, zatężanie oraz oznaczanie tych związków w próbkach rzeczywistych.
mgr inż. Anna Chrzanowska
IV rok studiów
Możliwość wykorzystania wyników pracy doktorskiej/
projektu badawczego w przemyśle
EDCs są wszechobecne, jednakże ich dokładny wpływ na organizm człowieka nie jest do końca poznany. By
w świadomy sposób wprowadzać na rynek produkty powszechnego użytku, niezbędne jest inwestowanie w badania pomagające w określeniu w jakim stopniu konkretne substancje mogą ingerować w nasze zdrowie – czy ich
nadmiar zamiast pomagać – nie zaszkodzi. Fitoestrogeny są jednym z głównych składników miodów naturalnych,
oprócz tego w znacznych ilościach można je znaleźć w soi, jej przetworach oraz jako składnik suplementów diety. Z jednej strony donosi się o korzystnym wpływie fitoestrogenów na choroby układu sercowo-naczyniowego
czy łagodzenie objawów osteoporozy i menopauzy. Z drugiej strony, mogą się one przyczyniać do powstawania zaburzeń w zachowaniach seksualnych, w rozwoju układu rozrodczego, różnicowaniu seksualnym mózgu
oraz być jednym z czynników związanych z powstawaniem raka piersi. Ponieważ Regionalna Strategia Innowacji
9
Województwa Opolskiego jest nastawiona na innowacyjność i możliwość praktycznego wdrożenia badań, opracowywane techniki efektywnego wydzielania oraz oznaczania EDCs, zarówno w odniesieniu do gospodarki regionu, jak i krajowej, mogą znaleźć zastosowanie w różnego rodzaju przedsiębiorstwach czy laboratoriach analitycznych zainteresowanych oznaczaniem tego typu związków w produktach spożywczych czy kosmetykach.
Osiągnięte efekty badań (publikacje, zgłoszenia patentowe, konferencje)
W wyniku prowadzonych badań opracowano metodę analizy badanych związków przy pomocy HPLC z detektorem DAD. Po zsyntezowaniu różnego rodzaju złóż opracowano, a następnie zoptymalizowano procedurę pozwalającą na ich efektywne wydzielenie i zatężenie z próbek rzeczywistych przy wykorzystaniu ekstrakcji do
fazy stałej. Ponadto dokonano oceny zsyntezowanych polimerów (zarówno tych z nadrukiem molekularnym,
jak i „pustych”) pod kątem selektywności wiązania badanych cząsteczek.
Publikacje:
1. Anna M. Chrzanowska, Anna Poliwoda, Piotr P. Wieczorek, Liquid membranes as a sample preparation method in environmental analysis, Membanes and Membrane Processes in Environmenal Protection – Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN (2014).
2. Anna Poliwoda, Anna M. Chrzanowska, Katarzyna Orłowska, Piotr P. Wieczorek, Membrane extraction and solid-phase extraction as effective methods for extraction and concentration of organic compounds from samples with complex matrix composition, Chemik, 68, 4 (2014), 312-320.
Konferencje:
1. Anna Chrzanowska, Anna Poliwoda, Piotr P. Wieczorek, Molecularly imprinted silica microparticles for selective SPE
concentration and separation of chosen phytoestrogens, New Achievements in Chromatography, 19th International Symposium on Separation Sciences, Poreĉ, Chorwacja, 25-28.09.2014, poster.
2. Anna Chrzanowska, Anna Poliwoda, Piotr P. Wieczorek, Wydzielanie i zatężanie wybranych fitoestrogenów za pomocą
ekstrakcji do fazy stałej – porównanie efektywności syntezy w bloku i syntezy zmodyfikowanej krzemionki, IX Targi
Wiedzy Technologicznej – Platforma Innowacji Technologicznej Regionu Opolszczyzny V, Opole, 24-25.10.2013, poster.
3. Anna Chrzanowska, Anna Poliwoda, Piotr P. Wieczorek, Wydzielanie i zatężanie wybranych izoflawonów za pomocą polimerów z odciskiem cząsteczkowym, Chemiczny ring. Potencjał współpracy w obszarze B+R w regionie Opolszczyzny, Kędzierzyn-Koźle, 25.011.2013, poster.
4. Anna Chrzanowska, Anna Poliwoda, Piotr P. Wieczorek, Wydzielanie i zatężanie wybranych izoflawonów za pomocą
polimerów z odciskiem cząsteczkowym, XXXVII Międzynarodowe Seminarium Naukowo-Techniczne Chemistry for
Agriculture, Karpacz, 2-5.12.2012, poster.
10
Kopromotor
dr hab. Piotr Młynarz
mgr inż. Stanisław Deja
IV rok studiów
Tytuł pracy doktorskiej /projektu badawczego
Badania metabolomiczne w diagnostyce i analizie procesów nowotworowych
Cel pracy doktorskiej/projektu badawczego
Metabolomika i/lub metabonomika w sposób całościowy bada zbiory niskocząsteczkowych związków chemicznych znajdujących się w organizmie [1]. Wykorzystanie nowoczesnych technik chemii analitycznej umożliwia jednoczesny pomiar setek związków chemicznych obecnych w badanej próbce generując w rezultacie tzw.
„metaboliczny odcisk palca” [2]. Taka jednoczesna analiza wielu metabolitów pozwala znacznie dokładniej opisać zmiany zachodzące w organizmie pacjenta i wyselekcjonować substancje o potencjale diagnostycznym [3].
Celem realizowanej pracy doktorskiej jest wykorzystanie metod metabolomicznych w połączeniu z wielowymiarową analizą danych do poszukiwania nowych biomarkerów procesów nowotworowych.
Otrzymane rezultaty mają potencjał by być w przyszłości zastosowane w formie badań przesiewowych, mających na celu wczesną diagnostykę chorób nowotworowych np. na podstawie badania próbek surowicy krwi.
Ponadto istnieje możliwość wykorzystania metod metabolomicznych do oceny stopnia zaawansowania guza
nowotworowego.
Opracowane na podstawie profili metabolomicznych wodnych ekstraktów tkankowych wielowymiarowe modele dyskryminacyjne umożliwiły rozróżnienie pomiędzy zdrową tkanką tarczycy a patologicznie zmienionymi
tkankami guzów. Co więcej, możliwa do osiągnięcia była również separacja pomiędzy łagodnymi i złośliwymi
guzami tarczycy.
Jednocześnie, wyniki otrzymane w trakcie realizacji pracy doktorskiej wskazują na potencjalną użyteczność
profilowania metabolomicznego surowicy krwi w diagnostyce raka płuca, zarówno na wczesnym jak i zaawansowanym stopniu rozwoju tej choroby. Wykorzystana metoda umożliwiała wskazanie pacjentów cierpiących
z powodu nowotworu w populacji osób z grupy zwiększonego ryzyka wystąpienia raka płuca.
11
Publikacje:
1. S. Deja, T. Dawiskiba, W. Balcerzak, M. Orczyk-Pawiłowicz, M.z Głód, D. Pawełka, P. Młynarz, Follicular adenomas exhibit a unique metabolic profile. 1H NMR studies of thyroid lesions; PLoS ONE, 2013, 8 (12): e84637.
Komunikaty konferencyjne:
1. W. Balcerzak, S. Deja, P. Młynarz, A. Ząbek, M. Orczyk-Pawiłowicz, M. Głód, T. Dawiskiba, D. Pawełka, Metabolomika
dostarcza nowych informacji o zmianach zachodzących w guzach tarczycy, IV Zjazd Polskiego Towarzystwa Tyreologicznego, 11–13.04.2013, Łódź, Polska.
2. S. Deja, I. Porębska, A. Kowal, M. Daszykowski, A. Ząbek, P. Młynarz, Metabolomika: czy może być użyteczna w diagnostyce i stopniowaniu nowotworów płuc?, II ogólnopolska konferencja naukowa: Pomiędzy Naukami – zjazd fizyków i chemików, 27.09.2013, Chorzów, Polska.
3. S. Deja, P. Młynarz, P. Wieczorek, New trends in diagnosis and studies of cancer – metabolomics approach, X Ogólnopolskie Seminarium Doktorantów: Na Pograniczu Biologii i Chemii, 26–29.05.2012, Ustroń, Polska.
4. S. Deja, P. Młynarz, A. Ząbek, M. Orczyk-Pawiłowicz, M. Głód, T. Dawiskiba, D. Pawełka, W. Balcerzak, 1H NMR based
metabolomics gives insight into disturbed metabolic pathways in various thyroid tumors, VII-th Nuclear Magnetic
Resonance In Chemistry, Physics And Biological Sciences, 26–28.09.2012, Warszawa, Polska.
5. S. Deja, P. Młynarz, A. Ząbek, A. Litarski, T. Szydełko, J. Adamiec, M. Misiuk-Hojło, M. Orczyk-Pawiłowicz, Analysis of
human bladder cancer patients metabolome using 1H NMR, VII-th Nuclear Magnetic Resonance In Chemistry, Physics And Biological Sciences; 26–28.09.2012, Warszawa, Polska.
Literatura:
1. J. Nicholson, J. Lindon, E. Holmes, ‚Metabonomics’: understanding the metabolic responses of living systems to
pathophysiological stimuli via multivariate statistical analysis of biological NMR spectroscopic data, Xenobiotica,
1999, 29:1181–1189.
2. O. Beckonert,, H. Keun, T. Ebbels, J. Bundy, E. Holmes, J. Lindon, J. Nicholson, Metabolic profiling, metabolomic and
metabonomic procedures for NMR spectroscopy of urine, plasma, serum and tissue extracts, Nat. Protoc., 2007, 2:
2692–2703.
3. E. Holmes, A. Nicholls, J. Lindon, S. Connor, J. Connelly, J. Haselden, S. Damment, M. Spraul, P. Neidig, J. Nicholson, Chemometric models for toxicity classification based on NMR spectra of biofluids, Chem. Res. Toxicol., 2000, 13: 471–478.
Tytuł pracy doktorskiej / projektu badawczego
Izolacja i oznaczanie struktury związków biologicznie
aktywnych z roślin i glonów oraz określanie ich właściwości
Celem praktycznym projektu jest opracowanie metod otrzymywania związków aktywnych z ekstraktów glonowych (pozyskanych metodą ekstrakcji
CO2 w stanie nadkrytycznym) oraz określenie ich właściwości, szczególnie
w kierunku ich zastosowania jako stymulatorów wzrostu roślin uprawnych.
mgr Bogusława Górka
II rok studiów
Ekstrakty glonowe mają korzystny wpływ na wzrost i zdrowie roślin, a jest
on determinowany rodzajem i stężeniem związków biologicznie aktywnych
zawartych w ekstrakcie. Związki chemiczne zawarte w glonach mogą być pozyskiwane w postaci ekstraktów
i znaleźć zastosowanie jako biodegradowalne nawozy lub wykorzystane jako dodatki do nawozów sztucznych,
produkowanych przez takie zakłady jak ZAK S. A. Oprócz glonów morskich można do tych celów wykorzystać
także wiele gatunków glonów słodkowodnych, których wzmożony wzrost doprowadza do eutrofizacji jezior
wielu regionów. Technologia ta posiada dwa aspekty pro-ekologiczne: utylizację surowców pochodzenia naturalnego, a także produkcję preparatów zastępujących lub wspomagających nawozy sztuczne.
12
W efekcie prowadzonych badań zostały opracowane metody oznaczania i rozdziału hormonów roślinnych oraz
zbadano wpływ ekstraktów glonowych na rośliny uprawne.
Publikacje:
1. B. Górka, J. Lipok, Piotr P. Wieczorek, „Wyodrębnienie i identyfikacja substancji biologicznie czynnych z glonów oraz
ich zastosowanie w żywieniu roślin.” Przemysł Chemiczny 92, 6, 1061–1066, 2013.
2. P. P. Wieczorek, J. Lipok, B. Górka, „Biologically active compounds isolated from algae and their application as a plant
growth regulators”, str 18–19 oraz E. Piecyk, D. Anders, P. P. Wieczorek, B. Górka, „Studies of the active substance before and after process of composting in the bioreactor using the green and separately collected organic waste” str.
105–108, Proceedings of IX International Scientific Conference daRostim 2013 „Phytohormones, humic substances
and other biologically active compounds for agriculture, human health and environmental protection” Publishing
House of Lviv Polytechnic, 2013 Lviv, ISBN 978–617–607–488–5.
Wystąpienia konferencyjne:
1. B.Górka, J.Lipok, P. P. Wieczorek „Izolacja i identyfikacja substancji biologicznie aktywnych z glonów oraz ich zastosowanie jako stymulatorów wzrostu roślin” XXXVII Międzynarodowe Seminarium Naukowo-Techniczne Chemistry
for Agriculture 2–5 grudnia 2012, Karpacz .
2. VIII targach wiedzy technologicznej „PITRO”, 13-14.12.2012, Opole.
3. Seminarium „Chemiczny ring. Potencjał współpracy w obszarze B+R w regionie Opolszczyzny”, 25.01.2012, Kędzierzyn-Koźle.
4. B. Górka, „Isolation and identification of biologically active compounds from algae extracts.”, XI Ogólnopolskie Seminarium Doktorantów „Na pograniczu chemii i biologii”, 1-4.06.2013 r., Ustroń.
5. B. Górka, J. Lipok, Piotr P. Wieczorek, „Oznaczanie związków biologicznie aktywnych w ekstraktach z sinic i glonów.”
56. Zjazd Naukowy PTChem i SITPChem, 16-20.09.2013 r., Siedlce.
6. P. P. Wieczorek, J. Lipok, B. Górka, „Biologically active compounds isolated from algae and their application as a plant
growth regulators” oraz E. Piecyk, D. Anders, P. P. Wieczorek, B. Górka, „Studies of the active substance before and after process of composting in the bioreactor using the green and separately collected organic waste” IX International
Scientific Conference daRostim 2013 „Phytohormones, humic substances and other biologically active compounds
for agriculture, human health and environmental protection”, 7-10.10.2013 r., Lwów, Ukraina.
7.B. Górka, J. Lipok, Piotr P. Wieczorek, „Innowacyjna technologia ekstraktów glonowych – komponentów pasz, nawozów i kosmetyków”, IX Targi Wiedzy Technologicznej w ramach projektu PITRO V, 24-25 października 2013 r., Opole.
8. B. Górka, J.Lipok, P.P. Wieczorek „Aktywność biologiczna ekstraktów z alg wobec roślin” XXXVIII Międzynarodowe
Seminarium Naukowo Techniczne, 1-4.12.2013 r. Karpacz.
Tytuł pracy doktorskiej/projektu badawczego
Oznaczanie związków endokrynologicznie
czynnych w próbkach środowiskowych
Celem zrealizowanego projektu było opracowanie prostej i wiarygodnej
procedury ekstrakcji do fazy stałej służącej do selektywnego wydzielania
i zatężania bisfenolu A oraz jego analogów strukturalnych (alkilofenoli)
z próbek rzeczywistych.
Oznaczanie związków fenolowych z próbek środowiskowych wymaga czasochłonnych i często wieloetapowych procesów ich przygotowania i oczyszczania, ze względu na niewielkie stężenie badanych analitów i złożoność matrycy analizowanej próbki. Dlatego też poszukuje
się metod umożliwiających wydzielenie, zatężenie i oczyszczenie próbki w jednym procesie. Jedną z częściej obecnie stosowanych do tego
celu metod jest ekstrakcja do fazy stałej (SPE) z zastosowaniem sorbentów z nadrukiem molekularnym (MIP), umożliwiająca wydzielenie
dr Małgorzata Mościpan
13
badanych analitów z próbek środowiskowych i żywności z wysokim odzyskiem oraz ich jednoczesne zatężenie.
Zatem do wydzielania bisfenolu A i wybranych alkilofenoli zastosowana została ekstrakcja SPE z wykorzystaniem
polimerów z wdrukowanym śladem cząsteczki jako sorbentów. MIPy dla bisfenolu A jako wzorca otrzymano przy
zastosowaniu odpowiednio dobranych monomerów funkcyjnych, środka sieciującego i środków porogennych.
Materiały tego typu charakteryzuje szereg zalet: prostota wykonania, możliwość otrzymania polimeru niemal
dla każdej cząsteczki jako wzorca, trwałość, odporność na działanie wysokiej temperatury, mocnych kwasów
i zasad oraz rozpuszczalników organicznych.
Zrealizowany zakres badań obejmował opracowanie metody wydzielania, zatężania i oznaczania wykazujących potencjał endokrynnie aktywnych związków fenolowych z próbek środowiskowych. Substancje takie jak
bisfenol A i alkilofenole są powszechnie wykorzystywane w przemyśle tworzyw sztucznych i środków ochrony
roślin. Mimo, iż związki te stosowane są od dawna w wielu różnorodnych produktach to badania przeprowadzone w ciągu ostatnich 20 lat wyraźnie wskazują, że są one wszechobecnymi zanieczyszczeniami i mogą być
toksyczne nawet w niewielkich dawkach. Związki te dostają się głównie do środowiska wodnego wraz ze ściekami przemysłowymi i spływami z terenów rolnych. Istnieje zatem konieczność stałego monitorowania obecności tych ksenoestrogenów i wypracowania prostej, szybkiej i wiarygodnej metody do oceny ich zawartości.
W ramach zrealizowanego projektu nawiązano współpracę ze spółką Wodociągi i Kanalizacja Turawa Sp. z o.o.,
która wyraziła zainteresowanie rezultatami prowadzonych badań, obejmujących wydzielanie i zatężanie związków fenolowych z próbek wód pochodzących z Jeziora Turawskiego i Małej Panwi. Ponadto opracowana metoda
będzie mogła znaleźć zastosowanie w instytucjach odpowiedzialnych za kontrolę stanu środowiska naturalnego
regionu, takich jak np. Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska, czy też stacje sanitarno-epidemiologiczne.
Efektem zrealizowanych badań było opracowanie i walidacja metody ekstrakcji i oznaczania bisfenolu A oraz
alkilofenoli z próbek wód powierzchniowych, obejmująca etapy syntezy sorbentów polimerowych, ich wykorzystanie w procesie wydzielania i zatężania badanej grupy analitów w procesie ekstrakcji do fazy stałej oraz
oznaczanie techniką HPLC. Przedstawiona metoda została wykorzystana do badania obecności związków fenolowych w próbkach wód pochodzących z Jeziora Turawskiego i wybranych rzek województwa opolskiego
w celu monitorowania zawartości tych ksenobiotyków w ekosystemach wodnych.
Wyniki prowadzonych badań zostały opisane w jednej publikacji oraz były prezentowane na dwóch konferencjach. Końcowym efektem realizacji pracy było przygotowanie rozprawy doktorskiej oraz jej obrona w listopadzie 2013 roku.
Publikacje:
1. Katarzyna Orłowska, Anna Poliwoda, Małgorzata Mościpan, Piotr P. Wieczorek, Metody wydzielania i zatężania ksenobiotyków z próbek o złożonym składzie matrycy; VIII Targi Wiedzy Technologicznej, 13.12.2012–14.12.2012, Opole; komunikat.
2. Małgorzata Mościpan, Anna Poliwoda, Piotr P. Wieczorek, Molecularly imprinted polymers for selective recognition
of bisphenol A and alkylphenols; Separation Science – Theory and Practice, 9–13.06.2013, Świeradów Zdrój.
14
Opracowanie metod zatężania i oznaczania
ksenobiotyków z próbek środowiska i żywności
Ksenobiotyki, czyli związki chemiczne, które nie są naturalnym składnikiem
organizmu, dostają się do niego z powietrza, wody, gleby i żywności. Do tej
grupy należą m.in. związki endokrynologicznie czynne zaburzające układ
hormonalny takie jak pestycydy, dioksyny, ftalany, WWA, fosfoniany, metale ciężkie, farmaceutyki i wiele innych.
Ksenobiotyki w większości wpływają negatywnie na prawidłowe funkcjonowanie organizmów żywych. W związku z powyższym koniecznym wydaje się być oznaczanie tych substancji w różnego typu próbkach. Znacznym
problemem okazuje się być fakt, iż związki te są bardzo trwałe i pozostają
w środowisku przez długie lata, gdyż nie wszystkie ulegają procesom biodegradacji. Dlatego niezbędne jest ciągłe monitorowanie środowiska pod
kątem ich obecności i stężenia. Niestety, najczęściej próbki poddawane
analizie charakteryzują się bardzo złożonym składem matrycy, co uniemożliwia ich bezpośrednią analizę za pomocą dostępnych technik instrumentalnych. Celem pracy doktorskiej jest opracowanie nowszych metod
zatężania i oznaczania opisywanych substancji.
mgr Katarzyna Orłowska
II rok studiów
Na Opolszczyźnie wiele firm oraz przedsiębiorstw zajmuje się produkcją i przetwórstwem żywności. Ksenobiotyki,
będące tematem badań, występują w każdym elemencie środowiska. Związki te przedostają się do żywności
nie tylko ze środowiska naturalnego, ale też z opakowań (np. bisfenol A). Prowadzone badania miały na celu
oznaczanie ksenobiotyków w produktach żywnościowych m.in. w miodach oraz produktach zbożowych. Jest to
bardzo ważne ponieważ substancje te już w niewielkich ilościach zagrażają organizmom żywym. Wyniki badań,
uzyskane w trakcie pracy doktorskiej mogą zwrócić uwagę przedsiębiorców na ryzyko wynikające chociażby ze
sposobu przechowywania gotowych produktów i surowców. Dodatkowo uzyskane rezultaty pozwolą ulepszyć
i unowocześnić procesy technologiczne, co wpłynie na wytwarzanie produktów o lepszej jakości.
W ramach badań udało się zoptymalizować procedurę ekstrakcji oraz metodę detekcji bisfenolu A w próbkach
miodów odmianowych oraz zoptymalizować metodę zatężania i oznaczania glifozatu i AMPA w produktach
zbożowych (mączka ryżowa, soczewica, soja, kasza jęczmienna, kasza gryczana).
Publikacje:
1. K. Zielińska, K. Orłowska, P.P. Wieczorek „Oznaczanie ksenobiotyków w próbkach o złożonym składzie matrycy”, Wydział
Chemii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza, Na pograniczu Chemii i Biologii, str. 363–372, Tom XXIX, Poznań 2012.
2. K. Orłowska, A. Poliwoda, P. P. Wieczorek „Metody zatężania i oznac zania ksenobiotyków- pestycydów fosforoorganicznych z próbek środowiskowych i żywności”, Wydział Chemii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza, Na pograniczu Chemii i Biologii, str. 93–100, Tom XXX, Poznań 2013.
3. A. Poliwoda, A.M. Chrzanowska, K. Orłowska, P. P. Wieczorek, „Ekstrakcja membranowa oraz ekstrakcja do fazy stałej jako efektywne techniki wydzielania i zatężania związków organicznych z próbek o złożonym składzie matrycy”, CHEMIK 2014, 68, 4.
Prezentacje konferencyjne i sesje posterowe:
1. A. Poliwoda, K. Orłowska, P.P. Wieczorek,„Determination of bisphenol a and 2-phenylphenol in food samples”, 29th International
Symposium on Chromatography ISC’2012 and 18th International Symposium on Separation Science, 09–13.09.2012 Toruń,.
15
2. K. Orłowska, M. Mościpan, A. Poliwoda, P.P. Wieczorek, „Metody wydzielania i zatężania ksenobiotyków z próbek
o złożonym składzie matrycy”, VIII Targi Wiedzy Technologicznej; PITRO V, 13–14.12.2012 Opole.
3. K. Orłowska, A. Poliwoda, P.P. Wieczorek, „Wydzielanie, zatężanie i oznaczanie bisfenolu A i 2-fenylofenolu w próbkach żywności stosując jako technikę ekstrakcyjną immobilizowane membrany ciekłe”, „Chemiczny ring – Potencjał
współpracy w obszarze B +R w regionie Opolszczyzny”, 25.01.2013 Kędzierzyn-Koźle.
4. K. Orłowska, A. Poliwoda, P.P. Wieczorek, „Metody zatężania i oznaczania ksenobiotyków z próbek środowiska i żywności”, XI Seminarium Doktoranckie „Na pograniczu chemii i biologii”, 1–4.06.2013 Ustroń.
5. A. Poliwoda, K. Orłowska, K. Bury, P.P. Wieczorek, „Liquid membrane extraction techniques as a sample pretreatment
procedure in analysis of endocrine disrupting compounds from food sample matrices”, New Achievements In Chromatography 19th International Symposium on Separation Sciences, 25–18.09.2013 Poreč, Chorwacja.
Literatura:
1. Sumpter J. P., Xenoendocrine disrupters- environmental impacts, Toxicol. Lett., 102, 1998 s. 337–342.
2. Biłyk A., Nowak-Piechota G., Zanieczyszczenia środowiska substancjami powodującymi zakłócenia funkcji enodkrynologicznych organizmu, Ochrona środowiska, 2004, s. 29-35.
Wydzielanie i oznaczanie związków halucynogennych
w próbkach biologicznych
Celem pracy doktorskiej jest opracowanie nowych uniwersalnych metod
analitycznych pozwalających na selektywne i efektywne wydzielenie,
oczyszczenie, zatężenie oraz oznaczenie grzybowych związków halucynogennych (kwas ibotenowy, muscymol, psylocyna) z próbek biologicznych,
w tym płynów fizjologicznych. Ze względu na złożoność matryc ważnym
etapem realizacji niniejszego projektu jest opracowanie odpowiednich
metod oczyszczania, wydzielania i zatężania (np. ekstrakcja do fazy stałej,
techniki membranowe) interesujących mnie związków z próbek fizjologicznych takich jak mocz i osocze, a następnie identyfikacja tych substancji za
pomocą technik chromatograficznych (głównie HPLC z detekcją DAD/CAD,
HPLC z detekcją MS). Badania ukierunkowane są na opracowanie metod wydzielania i oznaczania śladowych ilości związków halucynogennych z próbek
moczu oraz krwi, które stanowią bardzo skomplikowany materiał badawczy.
mgr Milena Oterman
IV rok studiów
Zwiększona konkurencyjność oraz postęp technologiczny wymusza wdrażanie innowacji, rozszerzanie i wzmocnienie współpracy pomiędzy instytucjami badawczo – naukowymi a przedsiębiorstwami czy też instytucjami
użytku publicznego (np. w sektorze zdrowia publicznego). Współpraca pomiędzy naukowcami a przedsiębiorcami wpływa na wzrost kreatywności, wymiany doświadczeń oraz wiedzy, czego konsekwencją jest szybkie
i skuteczne wprowadzanie nowych technologii. Współpraca ta pozwoli na wdrożenie nowych metod i technologii z małej skali laboratoryjnej na większą skalę, która przysłuży się wzrostowi zadowolenia potencjalnego
konsumenta i ułatwi pracę jednostkom laboratoryjnym (stacje sanitarno-epidemiologiczne, laboratoria przyszpitalne, laboratoria policyjne).
Teren województwa opolskiego to jeden z głównych regionów występowania grzybów halucynogennych w Polsce.
Ze względu na wzrost zagrożenia związanego ze zbieractwem, hodowlą, sprzedażą i zażywaniem grzybów halucynogennych i realizacji założeń Ustawy o przeciwdziałaniu narkomanii, istnieje zapotrzebowanie na opracowanie efektywnych metod analizy substancji psychotropowych zarówno w materiale grzybowym jak i w płynach
16
ustrojowych. Metody analizy jakościowej i ilościowej, przeznaczone do rutynowych oznaczeń wykorzystywanych
przez właściwe instytucje (np. policję) powinny być szybkie, proste i przede wszystkim – wiarygodne. Z tego też
powodu głównym priorytetem niniejszego projektu jest opracowanie uniwersalnych metod wydzielania substancji halucynogennych ze złożonych próbek biologicznych. Opracowane dotychczas metody zostały przekazane
laboratorium analitycznemu, z którym została nawiązana współpraca. W przygotowaniu jest także album będący przewodnikiem po gatunkach grzybów zawierających substancje halucynogenne lub podejrzewane o takie
właściwości. Album ten w ramach współpracy zostanie przekazany na rzecz jednostki laboratoryjnej.
W ramach realizowanej pracy badawczej opracowano metodę HPLC/DAD do oznaczania związków o właściwościach halucynogennych pochodnych izoksazolu (kwas ibotenowy, muscymol) oraz pochodnych indolowych (psylocyna). Metoda ta wykorzystana została następnie do identyfikacji badanych substancji w próbkach
rzeczywistych (ekstrakty grzybowe). Opracowano także metodę rozdziału i identyfikacji badanych substancji halucynogennych za pomocą układu LC/ESI/MS. Metoda ta służy do identyfikacji grzybowych substancji
psychoaktywnych w próbkach moczu i osocza po wcześniejszej obróbce, hydrolizie i ekstrakcji do fazy stałej.
1. Milena Otrerman, Anna Poliwoda, Piotr Wieczorek; Zastosowanie ekstrakcji do fazy stałej (ang. Solid Phase Extraction) do wydzielania muscymolu z próbek moczu; IX Targi Wiedzy Technologicznej w ramach projektu Platforma
Innowacji Technologicznej Regionu Opolszczyzny V24–25 października 2013, Opole (poster).
2. Milena Oterman, Anna Poliwoda, Piotr Wieczorek; The determination of muscimol in the urine samples using solid
phase extraction procedures whit cation exchange sorbents as a pretreatment step; 17th European Conference on
Analytical Chemistry – Euroanalysis, 25–29.08.2013, Warszawa (poster).
3. Milena Oterman, Anna Poliwoda, Piotr Wieczorek; Metody wydzielania i oznaczania substancji halucynogennycn
w płynach fizjologicznych; XXXVII Międzynarodowe Seminarium Naukowo-Techniczne Chemistry for Agriculture;
2–5 grudnia.2012, Karpacz; (poster).
Opracowanie procedur analitycznych przeznaczonych do oznaczania
substancji halucynogennych w próbkach o złożonym składzie matrycy
Substancje halucynogenne są to substancje, które towarzyszą ludziom
od wieków. Dawniej ich zastosowanie związane było z obrzędami czarnej
magii, religijnymi, czy też w celu kontaktowania się ze światem zmarłych.
W dzisiejszych czasach ludzie wykorzystują głównie dwa rodzaje grzybów:
grzyby z rodzaju Psilocybe oraz grzyby z rodzaju Amanita. Grzyby z rodzaju Psilocybe są to grzyby występujące na terenie Polski głównie w jej
południowej części. Zawierają one dwie substancje o działaniu psychomgr Katarzyna Zielińska
aktywnym: psylocybinę oraz psylocynę. Jeżeli chodzi o grzyby z rodzaju
III rok studiów
Amanita to niewątpliwie są to grzyby występujące pospolicie na terenie
Polski. Najbardziej znanym przedstawicielem tego rodzaju jest muchomor
czerwony (Amanita muscaria). Zawiera on dwie główne substancje odpowiedzialne za efekt odurzający będące pochodnymi izoksazolu, mianowicie
muscymol oraz kwas ibotenowy. W literaturze można znaleźć informacje o pozostałych grzybach tego rodzaju takich jak np.: Amanita pantherina czy też Amanita citrina. Są to grzyby również zawierające w swoim składzie muscymol oraz kwas ibotenowy. Na terenie województwa opolskiego od kilku lat dynamicznie rozwija się
przestępczość narkotykowa. Ze względu na swoje właściwości halucynogenne grzyby te określane często mianem „magicznych grzybków” cieszą się dużym zainteresowaniem zwłaszcza wśród młodych ludzi. Dodatkowo
stanowią one poważny problem medyczny z uwagi na to, iż ich spożywanie może prowadzić nawet do śmierci.
17
Brak uregulowań prawnych dla takich substancji jak muscymol czy kwas ibotenowy zwiększa zainteresowanie
grzybami tego rodzaju. Z tych powodów koniecznym jest opracowywanie nowych, uniwersalnych i szybszych
metod wyodrębniania tego typu związków oraz ich identyfikacji w materiale zarówno grzybowym jak i próbkach biologicznych (mocz, osocze) za pomocą technik chromatograficznych (GC-MS, HPLC, CE). Ze względu na
to, temat i zakres prowadzonych badań zgadza się z Regionalną Strategią Innowacji Województwa Opolskiego.
W przypadku prowadzonych badań istotna jest współpraca z sektorem publicznym. Są one zgodne z Priorytetem
I mówiącym o rozwoju partnerstwa na rzecz innowacyjności. Należy podnosić świadomość mieszkańców województwa opolskiego o konsekwencjach wynikających ze spożywania grzybów halucynogennych, co wpłynie na
osiągnięcie wyznaczonych celów poprzez zaangażowanie szerokiej gamy uczestników pochodzących z różnych
środowisk społecznych. Z danych statystycznych wynika, że w dalszym ciągu utrzymuje się wzrost podaży i popytu na środki halucynogenne. Propagowanie postaw innowacyjnych prowadzonych na wielu płaszczyznach,
takich jak środki masowego przekazu czy też programy nauczania w szkołach, pozwoli również na rozwój gospodarczy regionu. Opracowane metody zarówno izolacji jak i oznaczania substancji halucynogennych w materiale grzybowym czy próbkach biologicznych są metodami nowymi, szybkimi i efektywnymi co pozwala na
szybką analizę próbek. W przypadku próbek biologicznych (mocz, osocze) bardzo często kluczową rolę odgrywa czas analizy. Szybsze analizy, które mogą zostać wykonane przez firmy czy laboratoria analityczne mogą
w wielu przypadkach przyczynić się do natychmiastowego potwierdzenia obecności badanych substancji psychoaktywnych u osób spożywających grzyby halucynogenne. Wszystkie opracowane metody zostały przekazane na rzecz przedsiębiorstwa, z którym w trakcie realizacji projektu nawiązana została współpraca. Dodatkowo
w najbliższym czasie zostanie przekazany album zawierający wszystkie grzyby przebadane pod kątem obecności substancji halucynogennych w trakcie realizacji projektu badawczego.
W efekcie prowadzonych badań opracowano metody izolacji oraz oznaczania substancji halucynogennych w materiale grzybowym oraz próbkach biologicznych. Uzyskane wyniki zostały przedstawione na dwóch konferencjach:
1. Anna Poliwoda, Katarzyna Zielińska, Paweł Kafarski, Piotr P. Wieczorek; „Capillary electrophoresis: a promising technique in the analysis of hallucinogenic compounds”; 29th International Symposium on Chromatography ISC’2012;
09–13.09.2012 Toruń.
2. Katarzyna Zielińska, Anna Poliwoda, Marek Halama, Piotr P. Wieczorek; „Development of Micellar Electrokinetic Capillary Chromatography Method for the Determination of Fungal Hallucinogenic Compounds and Its Derivatives in
Amanita Mushrooms” 17th European Conference on Analytical Chemistry – Euroanalysis, 25–29.08.2013, Warszawa.
18
Chemia
prof. dr hab. inż. Krystyna Czaja
Otrzymywanie i badania biodegradacji oraz starzenia
atmosferycznego kompozytów na osnowie poliolefin z napełniaczami
pochodzącymi z odnawialnych surowców roślinnych
Głównym celem projektu badawczego realizowanego w ramach pracy
doktorskiej jest opracowanie warunków otrzymywania i charakterystyka
kompozytów polimerowych z napełniaczami pochodzenia naturalnego (np.
kompozytów polimerowo – drzewnych), wykazujących właściwości fungistatyczne lub zwiększoną podatność na biodegradację, w zależności od
przewidywanego zastosowania i czasu użytkowania. Materiały te ponadto
winny charakteryzować się bardzo dobrymi właściwościami użytkowymi,
w tym przede wszystkim dobrą wytrzymałością mechaniczną i udarnością,
małą chłonnością wody oraz odpornością na działanie czynników atmosferycznych, w tym głównie degradującego promieniowania z zakresu UV.
mgr Joanna Barton
III rok studiów
Opracowane kompozyty polimerowe z odnawialnymi dodatkami pochodzenia roślinnego (także odpadowymi
np. z przemysłu drzewnego) poprzez częściowe zastąpienie surowca petrochemicznego (zmniejszenie udziału
osnowy polimerowej) przez tańszy, odnawialny dodatek roślinny winny być atrakcyjne dla producentów tworzyw polimerowych ze względu na możliwość poszerzenia obszaru zastosowań takich materiałów do wytwarzania różnorodnych wyrobów z uwzględnieniem istotnej redukcji kosztów oraz możliwości kontroli czasu ich
użytkowania i bezpiecznej, szybkiej degradacji poużytkowej. Innowacyjność takiego wynalazku przyczyni się
do wzrostu konkurencyjności firm z terenu województwa opolskiego, które jako pierwsze będą miały możliwość
wdrożenia oczekiwanych wyników i produkcji nowych materiałów kompozytowych.
Badaniami w opisanej tematyce już zainteresowano firmę z Opola, a mianowicie Centrum Badawczo-Produkcyjne
ALCOR, z którą współpraca w tym zakresie pozwoliła na opracowanie i ocenę skuteczności fungistatycznej
19
nowych dodatków do różnorodnych materiałów. Ponadto nawiązano współpracę z inną opolską firmą zainteresowaną produkcją tzw. oxo-bio folii.
Efektem zrealizowanych badań jest dopracowanie warunków oraz sposobu otrzymywania kompozytów polimerowych z różnego rodzaju napełniaczami roślinnymi. Stwierdzono zasadnicze różnice w jakości otrzymywanych materiałów zawierających modyfikowany, lub nie, napełniacz roślinny. Przygotowano także analogiczne
próby kompozytowe do badań biodegradacji oraz starzenia atmosferycznego. Przeprowadzone badania stanowią podstawę opracowywanych aktualnie zgłoszeń patentowych.
Publikacje:
1. J. Barton; Na pograniczu Chemii i Biologii, tom XXIX, Wydawnictwo Naukowe Uniwersytetu Adama Mickiewicza,
2012, Poznań, 165–171.
2. W. Spisak, K. Czaja, J. Barton, M. Petri; Materiały Ceramiczne 65/1 (2013),.97–104.
3. J. Barton, A. Niemczyk, K. Czaja, Ł. Korach, B. Sacher-Majewska; Chemik 2014, 68 (4), 280- 283.
4. D. Sobków, J.Barton, K. Czaja, M. Sudoł, B. Mazoń; Chemik 2014, 68 (4), 347–350.
Prezentacje konferencyjne:
1. J. Barton, K. Czaja, S. Celeda, Ł. Korach, J. Lipok; 55 Zjazd PTChem i SITPChem; Białystok, 16–20.09.2012 r.
2. J. Barton, K. Czaja, J. Lipok; VIII Targi Wiedzy Technologicznej, PITRO V, Opole, 13–14.12.2012 r.
3. J. Barton, K. Czaja, J. Lipok; V Ogólnopolskie Sympozjum Kół Naukowych „Wiązania wiedzy”, Opole, 14–15.12.2012 r.
4. J. Barton, K. Czaja, S. Celeda, Ł. Korach, J. Lipok; Seminarium „Chemiczny Ring. Potencjał współpracy w obszarze B+R
w regionie Opolszczyzny”, 25.01.2013, Kędzierzyn-Koźle.
5. J. Barton, K. Czaja, J. Lipok, K. Kleinert; Materiały Polimerowe Pomerania – Plast 2013, Międzyzdroje 4–7.06.2013 r.,
Materiały Konferencji, 2013, s. 103–104.
6. J. Barton, W. Spisak, K. Czaja; European Polymer Congress, EPF 2013, Piza 16–21.06.2013, Book of Abstracts Oral O4–37.
7.J. Barton, K. Czaja, J. Lipok, K. Dyl; MoDeST 2013, Warszawa 08–10.09.2013, Materiały Konferencji, Warszawa 2013,
s. 39–40.
8. J. Barton, K. Czaja, D.Sobków; 10th Congress for Biobased Materials, Natural Fibres and WPC; Stuttgart-Fellbach, 24–
25.06.2014.
9. J. Barton, K. Czaja; Silesian Meetings of Polymer Materials, POLYMAT60, Zabrze, 31.06–01.07.2014.
Dodatkowo w ramach prowadzonej tematyki badawczej zrealizowano dwa staże naukowe, w tym jeden we
współpracy z partnerem przemysłowym.
Hiperrozgałęzione utwardzacze do żywic epoksydowych
– nowa generacja związków sieciujących
Cel pracy doktorskiej
Celem pracy doktorskiej jest opracowanie nowej generacji związków sieciujących do żywic epoksydowych. Osiągnięcie założonego celu jest realizowane poprzez szereg cząstkowych działań, obejmujących opracowanie taniej
i efektywnej metody syntezy hiperrozgałęzionych poliamin alifatycznych,
będących potencjalnymi zamiennikami liniowych poliamin alifatycznych,
a następnie charakterystyka otrzymanych związków pod kątem opisu ich
struktury, właściwości fizykochemicznych, kinetyki utwardzania oraz właściwości aplikacyjnych np. właściwości mechanicznych utwardzonych żywic.
20
mgr Bartłomiej Bereska
III rok studiów
Stopniowe zastępowanie materiałów opartych na konstrukcjach stalowych kompozytami polimerowymi wpływa
na dynamiczny rozwój tego sektora gospodarki, który wymaga ciągłych udoskonaleń z jednoczesnym uwzględnieniem troski o człowieka i środowisko naturalne.
Obecnie na rynku światowym zwiększa się zapotrzebowanie na żywice epoksydowe, a co za tym idzie również
na utwardzacze do nich, bez których żywice te nie mają praktycznego zastosowania. Najpowszechniej stosowanymi utwardzaczami do żywic epoksydowych są związki oparte na etyloaminach bądź aminach aromatycznych oraz utwardzacze zawierające cykliczne dibezwodniki kwasów karboksylowych. Stosowane dzisiaj
utwardzacze aminowe, oprócz szeregu zalet, m.in. szybkości utwardzania, posiadają kilka istotnych wad, które wkrótce mogą spowodować (zgodnie z Dyrektywami UE) wycofanie tych związków z rynku. Należą do nich:
wysoka lotność oraz szkodliwe i uczulające działanie dla człowieka. Dziś nie istnieje alternatywne rozwiązanie
dla tych związków, co stanowi ogromny problem dla firm produkujących i dystrybuujących żywice wraz z odpowiednimi utwardzaczami.
Proponowane związki hiperrozgałęzione to nie tylko niezwykle interesujące indywidua chemiczne, ciekawe zarówno pod względem struktury oraz metod otrzymywania. Przewiduję, iż silnie rozgałęzione aminy, poza właściwościami fizykochemicznymi (lepkość, lotność, reaktywność) predysponującymi je do zastosowań jako związki
sieciujące (utwardzacze), będą również posiadały znakomite właściwości mechaniczne – silne rozgałęzienie tych
związków pozwoli na otrzymanie żywicy epoksydowej o wyższej gęstości usieciowania, co znacznie poprawi jej
udarność, wytrzymałość na ściskanie i zginanie oraz odporność termiczną i chemiczną. Ponadto większa reaktywność i mniejsza lotność tych związków pozytywnie wpłynie na zmniejszenie emisji szkodliwych substancji
do środowiska. Zastosowanie proponowanego utwardzacza o niekonwencjonalnej strukturze stanowiłoby innowacyjność na skalę międzynarodową, wzmocniłoby polską gospodarkę, w tym szczególnie wyjątkowo silny
w województwie opolskim sektor chemiczny.
W ramach prac realizowanych na przestrzeni trzech lat studiów doktoranckich przebadano szereg metod otrzymywania alifatycznych poliamin hiperrozgałęzionych (określono warunki prowadzenia procesu – temperatura,
ciśnienie, środowisko reakcji- oraz wytypowano najkorzystniejsze układy katalityczne), dzięki czemu opracowano wydajną i efektywną metodę syntezy, która jak dotychczas pozwoliła otrzymać dwa wytypowane związki:
N, N,N’, N’-tetraaminopropylo-1,2-etylenodiaminę oraz N, N,N-tris- (2-cyjanoetylo) aminę. Struktury produktów
zostały potwierdzone za pomocą technik analitycznych. Aby maksymalnie obniżyć koszty procesu już na etapie badań laboratoryjnych zastosowano powszechnie dostępne i tanie surowce. Opracowano również metodologię badania reaktywności z wykorzystaniem skaningowej kalorymetrii różnicowej (DSC), przy użyciu której
wyznaczone zostaną parametry kinetyczne dla reakcji sieciowania żywicy epoksydowej za pomocą utwardzacza hiperrozgałęzionego.
Publikacje:
1. B. Bereska, J. Iłowska,, K. Czaja, A. Bereska; „Utwardzacze do żywic epoksydowych”; Przem. Chem. 2014, 96, 4, 1000–1005.
1. B. Bereska, K. Czaja, J. Iłowska; „Hiperrozgałęzione utwardzacze do żywic epoksydowych”, VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa „Nauka i Przemysł 2013”, 8–9 marca 2013, Kraków.
2. B. Bereska, K. Czaja, J. Iłowska; „Synteza i badanie właściwości utwardzaczy do żywic epoksydowych” X Ogólnopolskie Seminarium Doktorantów „Na pograniczu biologii i chemii” 26 – 29 maja (2012), Ustroń.
3. B. Bereska, K. Czaja, J. Iłowska; „Nowoczesne utwardzacze do żywic epoksydowych” Konferencja podsumowująca
projekt pt.: „Wiedza i praktyka 2 – klucz do sukcesu w biznesie”. 23 kwietnia (2012), Opole.
21
Polimeryzacja silseskwioksanów oraz ich kopolimeryzacja
z etylenem wobec katalizatorów metaloorganicznych
Cel pracy doktorskiej
Celem pracy doktorskiej jest opracowanie syntezy oraz charakterystyka (ko)
polimerów zawierających wybrane silseskwioksany jako sposób chemicznej
modyfikacji poliolefin w kierunku zwiększenia ich odporności termicznej.
W ostatnich latach obserwuje się bardzo szybki rozwój hybrydowych materiałów polimerowych o unikalnych właściwościach, które mogą znaleźć zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu. Grupą hybrydowych materiałów
organiczno-nieorganicznych, które w ostatnim czasie cieszą się znacznym
zainteresowaniem środowisk zarówno akademickich, jak i przemysłowych, są
kopolimery zawierające poliedryczne oligomeryczne silseskwioksany (ang.
polyhedral oligomeric silsesquioxanes, POSS), przedstawione na rysunku.
mgr Paweł Groch
I rok studiów
Struktura silseskwioksanu o zamkniętej klatce T8 (X: przykłady funkcyjnych grup reaktywnych, Y: podstawniki niereaktywne)
Materiały polimerowe zawierające POSS, stanowiące przedmiot pracy, mogą znaleźć zastosowanie jako elementy lub powłoki materiałów o zwiększonej odporności termicznej i wytrzymałości mechanicznej, w porównaniu
z odpowiednikami niezawierającymi silseskwioksanów.
W ramach dotychczasowej pracy dokonano pełnego przeglądu literatury i opracowano program badań.
Stwierdzono, że dotychczas opublikowano skąpą liczbę doniesień literaturowych dotyczących koordynacyjnej
kopolimeryzacji olefin z alkenylosilseskwioksanami. Z danych tych wynika, że otrzymane kopolimery wykazują wyższą stabilność termiczną oraz większą wytrzymałość mechaniczną, niż ich odpowiedniki niezawierające POSS . Na obecnym etapie niemożliwe jednak jest planowanie syntezy tego typu polimerów hybrydowych
o założonej architekturze oraz właściwościach, bowiem nie jest znany wpływ struktury i stężenia komonomeru
alkenylosilseskwioksanowego w środowisku reakcji na stopień jego wbudowywania się w łańcuch polimeru oraz
właściwości otrzymywanych produktów polimerowych, co stanowić będzie przedmiot moich badań. Zadaniem
priorytetowym jest także stałe poszukiwanie aktywnych i selektywnych katalizatorów metaloorganicznych do
22
polimeryzacji krzemoorganicznych POSS z monomerami winylowymi, jak również zbadanie procesu kopolimeryzacji etylenu z POSS nie tylko o różnej strukturze podstawnika z końcową grupą winylową, lecz także różniących się liczbą takich podstawników, z zastosowaniem metaloorganicznych układów katalitycznych, w tym
charakterystyka przebiegu polireakcji. Na podstawie dokonanego przeglądu literatury światowej opracowano
dwie publikacje przeglądowe przekazane do redakcji czasopisma Polimery.
W ramach eksperymentalnej części pracy opanowano metodykę pracy ze związkami metaloorganicznymi w atmosferze beztlenowej, zamówiono i zestawiono aparaturę niezbędną do badań polimeryzacji, wytypowano do pierwszego
etapu badań alkenylosilsekwioksany zawierające w klatce krzemowo-tlenowej jeden podstawnik reaktywny o różnej
budowie z końcową grupą winylową oraz pozostałe podstawniki niereaktywne (grupy etylowe, i-butylowe, cykloheksylowe lub fenylowe). Do syntezy polimerów stosowane są różne katalizatory metaloorganiczne z grupy metalocenów i postmetalocenów, znane ze swej przydatności do polimeryzacji przestrzennie rozbudowanych monomerów.
Konferencje:
1. P. Groch; Polymerization of silsesquixanes and their copolymerization with olefins over organometalic catalysts, komunikat przedstawiony podczas XII Ogólnopolskiego Seminarium Doktorantów „Na pograniczu chemii i biologii”,
Karpacz, 21 - 24 maja 2014.
2. P. Groch, K. Czaja, M. Białek, K. Dziubek; Polymerization and copolymerization of alkenesilsesquioxanes over organometallic catalyst, Silesian Meetings of Polymer Materials, POLYMAT60, Zabrze 31.06-1.07.2014.
Literatura:
1. D.B. Cordes, P.D. Lickiss, F. Rataboul, Recent Developments in the Chemistry of Cubic Polyhedral Oligosilsesquioxanes, Chem. Rev. 110, 2010, s. 2081-2173.
2. A. Tsuchida, C. Bolln, F.G. Sernetz, H. Frey, R. Mülhaupt, Ethene and propene copolymers containing silsesquioxane
side groups, Macromolecules 30, 1997, s. 2818-2824.
3. H.-x. Zhang, M.-s. Jung, Y.-j. Shin, K.-b. Yoon, D.-h. Lee, Preparation and properties of ethylene/POSS copolymer with
rac-Et(Ind)2ZrCl2 catalyst, J. Appl. Polym. Sci. 111, 2009, s. 2697-2702.
Hybrydowe kompozyty na osnowie poliolefin.
Otrzymywanie i właściwości
Celem pracy doktorskiej jest opracowanie warunków syntezy różnymi metodami, szeregu nowych, niekonwencjonalnych materiałów kompozytowych
na osnowie dobranych odpowiednio komercyjnych i tanich poliolefin oraz
nowych, dotąd niestosowanych w tym celu nanonapełniaczy, a następnie
dokonanie pełnej charakterystyki otrzymanych materiałów obejmujących ich
skład oraz właściwości termiczne, reologiczne, mechaniczne i przeciwpalne.
mgr Arkadiusz Niemczyk
I rok studiów
W ramach pracy doktorskiej planowane jest otrzymanie polimerowych materiałów nanokompozytowych, które w ostatnich latach cieszą się ogromnym zainteresowaniem zarówno naukowców oraz firm na całym świecie,
głównie z powodu ciekawych, niekonwencjonalnych i pożądanych właściwości poszerzających obszar zastosowań takich materiałów. Wdrożenie wyników badań umożliwi wytwarzanie nowych materiałów specjalnych, czy
też konstrukcyjnych o poprawionych właściwościach przeciwpalnych oraz zwiększonej odporności termicznej,
a jednocześnie dobrych właściwościach mechanicznych.
23
Nanokompozyty w ostatnich kilkudziesięciu latach stały się bardzo atrakcyjnymi materiałami cechującymi się
ciekawymi i pożądanymi właściwościami. Dodatkowo są one otrzymywane na drodze stosunkowo prostej modyfikacji dostępnych i tanich polimerów komercyjnych przy zastosowaniu niewielkich ilości niekonwencjonalnych napełniaczy [1, 2]. Interesującą grupą związków wykorzystywanych jako napełniacze są poliedryczne silseskwioksany (ang. POSS – Polyhedral Oligomeric Silsesquioxanes), których unikatowość jest związana z możliwością „modelowania” ich struktury, a przez to sterowania ich właściwościami [3]. Z literatury znane są sposoby
wytwarzania i charakterystyka nanokompozytów polimerowych z udziałem POSS-ów [4–7], jednak tylko nieliczne prace poświęcone są takim nanokompozytom na osnowie tanich poliolefin (polietylen lub propylen), które
dominują w światowej produkcji polimerów.
W ramach projektu wykonano studia literaturowe na temat hybrydowych kompozytów polimerowych, które
zakończono przygotowaniem programu pracy doktorskiej. Dokonano selekcji napełniaczy POSS i wykonano ich
charakterystykę fizykochemiczną. Metodą wytłaczania otrzymano nanokompozyty na osnowie polietylenu dużej gęstości (HDPE) o różnym składzie jakościowo-ilościowym. Niedostateczna dyspersja POSS w osnowie polimerowej wymagała dopracowania metody otrzymywania tych materiałów przez zastosowanie dwuetapowego
procesu ze wstępnym otrzymaniem koncentratów rozcieńczanych w drugim etapie do pożądanego stężenia
nanonapełniacza. Wynikiem okazała się wyraźna poprawa dyspersji napełniacza w osnowie HDPE, co korzystnie wpłynęło na właściwości otrzymanych materiałów.
Publikacje:
1. J. Barton, A. Niemczyk, K. Czaja, Ł. Korach, B. Sacher-Majewska, Kompozyty, biokompozyty i nanokompozyty polimerowe. Otrzymywanie, skład, właściwości i kierunki zastosowań, Chemik 2014, 68, s. 280–287.
Konferencje:
1. Ł. Korach, A. Niemczyk, K. Czaja; Polyethylene composites filled with POSS particles, Nanocomposites MoDeSt, Workshop 2013, Warsaw, 8–10.09.2013, Book of abstracts (ISBN 978–83–925627–2-6), s. 61–62.
2. A. Niemczyk, Ł. Korach, K. Czaja; Nanokompozyty polietylenowe z udziałem silseskwioksanów, IX Targi Wiedzy Technologicznej w ramach Platformy Innowacji Technologicznej Regionu Opolszczyzny V, Opole, 24–25.10.2013 r.
3. A. Niemczyk, K. Czaja, Hybrid polyolefin matrix composites. Preparation and properties., XII Seminarium doktorantów „Na pograniczu chemii i biologii”, Karpacz 21‑24.05.2014.
4. A. Niemczyk, Ł. Korach, K. Czaja, K. Buchalik, A. Stepanienko; Polyolefin nanocomposites filled with synthetic silicon
compounds, Silesian Meetings of Polymer Materials, POLYMAT60, Zabrze 31.06‑1.07.2014.
Literatura:
1. W. Królikowski, Z. Rosłaniec, Composites 2004, 4, s. 3–16.
2. D. R. Paul, L. M. Robeson, Polymer 2008, 49, s. 3187–3204.
3. R. Jeziórska, B. Świerz-Motysia, A. Szadkowska, B. Marciniec, H. Maciejewski, M. Dutkiewicz, I. Leszczyńska, Polimery 2011, 56, s. 809–816.
4. E. Ayandele, B. Sarkar, P. Alexandridis, Nanomaterials 2012, 2, s. 445–475.
5. S.-W. Kuo, F.-C. Chang, Progress in Polymer Science 2011, 36, s. 1649–1696.
6. A. Fina, H. Abbenhuis, D. Tabuani, G. Camino, Polymer Degradation and Stability 2006, 91, s. 2275–2281.
7.Y. Ye, Y. Yen, W. Chen, C. Cheng, F. Chang, Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry 2008, 46, s. 6296–6304.
24
Modyfikowane glinokrzemiany jako wielofunkcyjne napełniacze
tworzyw poliolefinowych. Synteza i charakterystyka.
Celem pracy doktorskiej jest otrzymanie i charakterystyka glinokrzemianów
(haloizytu i montmorylonitu) modyfikowanych dotychczas nie wykorzystywanymi w tym celu surowcami pochodzenia naturalnego oraz związkami
fosforu w aspekcie ich praktycznego zastosowania jako nanonapełniaczy
kompozytów poliolefinowych o korzystnych właściwościach użytkowych,
szczególnie o dobrej odporności termicznej i zmniejszonej podatności na
palenie przy jednoczesnym zachowaniu dobrych właściwości przetwórczych i mechanicznych.
mgr Katarzyna Szpilska
III rok studiów
W 2016 zużycie nanokompozytów ma wynieść około 450 tys ton, przy czym większość zapotrzebowania będą stanowić nanokompozyty z glinokrzemianami na osnowie poliolefin, takich jak PP czy PE [1], które są przedmiotem
pracy. Materiały te, oprócz wielu nowych możliwości, poszerzają zakres dotychczasowych zastosowań poliolefin.
Najważniejsze zastosowania tego rodzaju nanokompozytów obejmują przemysł opakowaniowy (folie i butelki
o podwyższonych właściwościach barierowych), elektrotechniczny (izolacje przewodów o zmniejszonej palności, obudowy do urządzeń elektrycznych) oraz samochodowy i lotniczy (elementy nadwozia, deski rozdzielcze
i ozdobne elementy wnętrz).
W ramach dotychczasowych badań opracowano skuteczną metodę modyfikacji glinokrzemianów. Wstępne
badania właściwości otrzymanych kompozytów wyraźnie wskazują, że kompozyty z modyfikowanymi glinokrzemianami wykazują korzystniejsze właściwości przetwórcze oraz mechaniczne, a także kilkustopniową poprawę stabilności termicznej względem wyjściowych poliolefin oraz kompozytów z niemodyfikowanymi glinokrzemianami.
Efekty dotychczasowych badań to zarówno zgłoszenia patentowe, jak i wystąpienia konferencyjne i publikacje.
W chwili obecnej przygotowywane są kolejne publikacje, m.in. odnośnie przeprowadzonych procesów modyfikacji glinokrzemianów.
Publikacje:
1. S.Kudła, K.Szpilska, K.Bujnowicz, „Nanokompozyty polimerowe na osnowie poliolefin jako potencjalne materiały dla
przemysłu kablowego. Badania stopnia palności”, Przemysł Chemiczny, 2013, 92, 10, XX.
1. K.Szpilska, K.Czaja, S.Kudła, „Kompozyty polipropylenowe z udziałem haloizytu modyfikowanego surowcami pochodzenia naturalnego”, Ogólnopolska Konferencja Naukowo-Techniczna KOMPOZYTY-NAUKA-PRZEMYSŁ, Ustroń-Jaszowiec, 2–4 grudnia 2013r. (poster).
2. K. Szpilska, K.Czaja, S.Kudła „The influence of aluminosilicates modification on the functional properties of polyolefines composites”, MoDeSt 2013, 8–10 wrzesień 2013, Warszawa (referat).
3. K. Szpilska, K. Czaja, S. Kudła „Kompozyty polietylenowe z udziałem nanorurek haloizytowych” Seminarium „Chemiczny ring – Potencjał współpracy w obszarze B +R w regionie Opolszczyzny” organizowane w ramach obchodów
jubileuszu 65-lecia działalności Zakładów Azotowych Kędzierzyn SA, 25.01.2013 (poster).
4. K. Szpilska, K. Czaja, S. Kudła „Nanorurki pochodzenia naturalnego jako napełniacze polimerów”, VIII Targi Wiedzy
Technologicznej, organizowane przez ICSO w ramach Platformy Innowacji Technologicznej Regionu Opolszczyzny
V 13–14.12.2012 (referat).
25
5. K.Szpilska, K. Czaja, S. Kudła „Nanorurki haloizytowe jako potencjalne napełniacze polimerów” X Seminarium Doktorantów „Na pograniczu biologii i chemii”, 26–29.05.2012, Ustroń (referat).
Zgłoszenia patentowe:
1. P. 405.108, 21 sierpnia 2013r., K.Szpilska, K.Czaja, S.Kudła, J.Kosno, E.Sabura, I.Semeniuk, „Sposób otrzymywania modyfikowanego haloizytu”.
2. P.405.258, 6 września 2013r., K.Szpilska, K.Czaja, S.Kudła, J.Kosno, J.Grittner, G.Dzialuk, M.Romanowski, A.Wojtala,
A. Pietruszka, „Kompozyty na osnowie poliolefin oraz sposób wytwarzania kompozytów na osnowie poliolefin”.
3. P.407728, 31 marca 2014r. K.Szpilska, K.Czaja, S.Kudła, J.Kosno, E.Sabura, I.Semeniuk „Sposób otrzymywania modyfikowanego montmorylonitu”.
4. P.407729, 31 marca 2014r, K.Szpilska, K.Czaja, S.Kudła, J.Kosno, J.Grittner,, M.Romanowski, A.Wojtala, A. Pietruszka,
„Kompozyty na osnowie poliolefin”.
5. P.407730, 31 marca 2014r, K.Szpilska, K.Czaja, S.Kudła, J.Kosno, J.Grittner, M.Romanowski, A.Wojtala, A. Pietruszka,
„Sposób wytwarzania kompozytów na osnowie poliolefin”.
Literatura:
1. Global Markets for Nanocomposites, Nanoparticles, Nanoclays, and Nanotubes, BBC Research, luty 2012.
26
Chemia
prof. dr hab. inż. Paweł Kafarski
Synteza bezhalogenowych retardantów palenia tworzyw sztucznych
W ostatnich latach kwestia obniżania palności tworzyw sztucznych spotkała się
z ogromnym zainteresowaniem, ze względu na stopniowe wycofywanie z przemysłu dodatków do tworzyw zawierających atomy chlorowców [1,2]. Wadą tego
typu związków chemicznych jest emisja podczas spalania niebezpiecznych dla
zdrowia i środowiska tlenków i dioksyn. Problemem staje się wówczas większe ryzyko śmierci spowodowane zatruciem toksynami, niż związane z ogniem
i wydzielanym podczas pożaru dymem. Co więcej, stopniowo zwiększa się ilość
wyrobów stosowanych w codziennym życiu człowieka, które muszą spełniać
normy palności i posiadać atesty gwarantujące bezpieczeństwo użytkowania
mgr Agnieszka Bereska
w tym zakresie, zwłaszcza w Unii Europejskiej czy Stanach Zjednoczonych. Celem
III rok studiów
mojej pracy doktorskiej jest opracowanie metody otrzymywania fosforanów
arylowych na bazie mieszanin alkilofenoli i aromatycznych dioli – potencjalnych opóźniaczy palenia wybranych polimerów, konkurencyjnych pod względem ekonomicznym i ekologicznym do
znanych retardantów halogenowych i innych retardantów fosforanowych. Zaletą proponowanego rozwiązania będzie możliwość elastycznego dostosowania właściwości produktów do wymagań producentów tworzyw sztucznych,
dzięki opracowaniu zależności pomiędzy składem surowca a charakterystyką fosforanów arylowych.
Tworzywa sztuczne coraz częściej zastępują tradycyjne materiały takie jak szkło, drewno czy metal. Światowy roczny wzrost
zapotrzebowania na retardanty palenia w 2014 roku osiągnął 6,1% (2,2 mln. ton) [3].Istotną wadą w przypadku wielu polimerów, ograniczającą ich zastosowanie, jest wysoka palność. Kwestia wymogów niskiej palności tworzyw sztucznych dotyczy
wielu sektorów gospodarki: budownictwa (elementy konstrukcyjne, ocieplenia budynków), transportu (siedziska pojazdów,
elementy wyposażenia), elektroniki i elektryki (układy scalone, obudowy), górnictwa (uszczelnienia górotworów, taśmy),
przemysłu tekstylnego i tapicerskiego. Uzyskane związki fosforanowe pozwolą na podwyższenie odporności na palenie najbardziej rozpowszechnionych, wybranych tworzyw o szerokim spektrum zastosowań. Proponowane badania są bardzo przyszłościowe o czym świadczy ogromna ilość artykułów, patentów oraz konferencji poświęconych nowym retardantom palenia.
27
Duży nacisk na intensywne poszukiwania nowych rozwiązań kładą producenci tworzyw sztucznych, gdyż nie dysponując
odpowiednimi zamiennikami chlorowanych i bromowanych retardantów, zmuszeni będą do wycofywania się z produkcji.
Przeprowadzone do tej pory badania pozwoliły na dobór odpowiednich surowców oraz warunków syntezy fosforanów arylowych. Zastosowano nowe efektywne układy katalityczne do estryfikacji tlenochlorku fosforu, uzyskując mieszaniny fosforanów o różnorodnych właściwościach. W celu określenia składu i charakterystyki produktów reakcji dokonano wyboru
oraz optymalizacji odpowiednich metod analitycznych. Opracowano również trójetapową metodę oczyszczania produktów reakcji, polegającą na usunięciu katalizatora estryfikacji, związków barwnych oraz nieprzereagowanego fenolu i alkilofenoli. Dotychczasowe wyniki badań zaprezentowano w postaci publikacji oraz podczas kilku konferencji naukowych:
Publikacje:
1. A. Lisiak, B. Tkacz, „Obniżanie palności pianek poliuretanowych” Przemysł Chemiczny, 91 (10), 1912–1917 (2012).
1. Bereska A. Tkacz B. Filipiak B., „Synteza bezhalogenowych retardantów palenia pianek poliuretanowych”, konferencja „Potencjał współpracy w obszarze B+R w regionie Opolszczyzny”, 25.01.2013, Kędzierzyn-Koźle.
2. Bereska A., Tkacz B., Kafarski P., „Synteza bezhalogenowych retardantów palenia pianek poliuretanowych, konferencja „Nauka i Przemysł”, 8–9.03.2013, Kraków.
3. A. Bereska, B.Tkacz, B.Filipiak, „Novel halogen-free flame retardants”, European Polymer Congress EPF 2013, 16–21.06.13, Pisa (Italy).
4. Bereska A. Tkacz B. Filipiak B. Wojtala A., „Synthesis of halogen-free flame retardants” konferencja międzynarodowa
Advances in Plastics Technology, 8–10.10.13, Sosnowiec.
Literatura:
1. A. Dasaria, Z.Z. Yub, G.P. Caic, Y.W. Mai, Recent developments in the fire retardancy of polymeric materials, Progress
in Polymer Sciences, 38, 9,1357–1387, 2013.
2. http://www.flameretardants-online.com/images/userdata/pdf/375_EN.pdf, 13.05.2014.
3. The Freedonia Group, Global demand for flame retardants to rise 6.1% per year through 2014, Additives for Polymers, 2011, 3, 9–10, 2011.
Synteza peptydowych inhibitorów katepsyny C
Enzymy zaliczane do grupy papinowych proteaz cysteinowych są enzymami
szeroko rozpowszechnionymi w przyrodzie. Pełnią one istotną rolę w wielu procesach fizjologicznych i stanach chorobowych organizmu. Katalizują
hydrolizę wiązania peptydowego w substratach białkowych i peptydach.
Proteazy papainowe są najbardziej liczną i najlepiej poznaną rodziną, w której skład wchodzą między innymi lizosomalne katepsyny B, H, L, S, C i K.
Katepsyna C (DPPI, CC, dipeptydylo-peptydaza I, E.C. 3.4.14.1.) pełni szereg
istotnych funkcji w organizmie. Uczestniczy między innymi w procesie demgr Paweł Lenartowicz
gradacji białek oraz jest aktywatorem proenzymów proteaz serynowych.
IV rok studiów
W stanach patologicznych proteazy serynowe powodują degradację macierzy zewnątrzkomórkowej, co może prowadzić do uszkodzenia tkanek
i powstania przewlekłego zapalenia. W ten sposób podwyższony poziom
katepsyny C ma pośredni wpływ na rozwój chorób takich jak: posocznica, artretyzm czy przewlekła obturacyjna
choroba płuc. Ponadto degradacja przestrzeni międzykomórkowej przez enzymy proteolityczne związana jest
z procesem rozwoju nowotworu, umożliwiając jego wzrost i tworzenie przerzutów. Rola katepsyny C w rozwoju raka nie jest jednoznacznie zdefiniowana, jednak wyniki badań wskazują na korelacje pomiędzy częstszym
nawrotem choroby u pacjentów po operacyjnym usunięciu guza a podwyższonym poziomem katepsyny C.
28
Celem pracy doktorskiej jest synteza dehydropeptydów oraz ich pochodnych przy zastosowaniu klasycznych
technik chemii organicznej, czyli: syntezy organicznej, badań strukturalnych za pomocą metod spektroskopowych oraz chromatograficznych metod izolacji i oczyszczania produktów. Działania te mają na celu zbadanie
wymagań strukturalnych jakie powinny spełniać inhibitory katepsyny C.
Budowanie bibliotek związków hamujących aktywność katepsyny C umożliwia określenie istotnych fragmentów strukturalnych cząsteczki, które odpowiadają za efektywne jej wiązanie w centrum aktywnym enzymu.
Optymalizacja tej struktury pozwala na syntezę nowych związków będących efektownymi inhibitorami katepsyny C, co z kolei przyczynia się do rozwoju badań w kierunku znalezienia nowego leku na wybrane choroby zapalne i nowotworowe. Synteza efektywnych i specyficznych inhibitorów katepsyny C może również zaowocować skonstruowaniem chipów diagnostycznych. Technika mikromacierzowa, wprowadzona jako standardowy
element badań przesiewowych, umożliwiłyby wykrywanie zaburzeń homeostazy organizmu, pozwalając na
wykrycie choroby i podjęcie leczenia we wczesnych stadiach jej rozwoju.
W ramach prowadzonych badań przedstawiono przeglądowy komunikat na IX Targach Wiedzy Technologicznej
PITRO V, w którym omówiono poszczególne etapy poszukiwania nowych leków [1]. Osiągnięte wyniki badań dotyczące syntezy estrów dehydrodipeptydów, ich reakcji prowadzących do otrzymania tiolowych, winylobromo
oraz metoksybromo pochodnych dehydropeptydów oraz syntezy fosfonodehydropeptydów i ich reaktywności
z wybranymi tiolami zostały zaprezentowane na trzech międzynarodowych konferencjach naukowych [2–5].
1. P. Lenartowicz, B. Oszywa, M. Makowski, M. Pawełczak, P. Kafarski „Etapy poszukiwania nowych leków” IX Targi Wiedzy Technologicznej PITRO V, 24–25.10.2013 Opole.
2. P. Lenartowicz, M. Makowski, B. Oszywa, M. Pawełczak, P. Kafarski, Addition of thiols to the double bond of dehydropeptides and
activity of obtained derivatives as inhibitors of cathepsin C, 11th German Peptide Symposium 18–21.03.2013r. Garching, Niemcy.
3. B. Oszywa, M. Pawełczak, P. Lenartowicz, M. Makowski, P. Kafarski, Effect of the ester derivatives of the didehydropeptides on the activity of cathepsin C, 22nd Polish Peptide Symposium” 01- 05.09.2013r. Kudowa-Zdrój.
4. P. Lenartowicz, M. Makowski, P. Kafarski, Synthesis and reactivity of peptides containing dehydroamino acid residues, 22nd Polish Peptide Symposium 01–05.09.2013r. Kudowa Zdrój.
5. P. Lenartowicz, M. Makowski, P. Kafarski, Synthesis of dipeptides containing diethyl α, β-dehydro-α- amino phosphonate
moiety and their reactivity with thiols, 11th European Workshop on Phosphorus Chemistry 24–26.03.2014r. Sofia, Bułgaria.
Badanie aktywności analogów krótkich peptydów
wobec wybranych aminopeptydaz i katepsyny C
Głównym celem pracy doktorskiej jest poszukiwanie skutecznych inhibitorów wybranych aminopeptydaz i katepsyny C pozwalających pogłębić
dotychczasową wiedzę na temat tych enzymów oraz mogących stać się
podstawą do zastosowanie ich samych, bądź ich zmodyfikowanych pochodnych w medycynie lub rolnictwie.
mgr Bartosz Oszywa
IV rok studiów
29
Poszukiwanie efektywnych inhibitorów katepsyny C i aminopeptydaz jest pierwszym etapem badań, które zaowocować mogą skonstruowaniem chipów diagnostycznych. Technika mikromacierzowa, wprowadzona jako
standardowy element badań przesiewowych, umożliwiłaby wykrywanie zaburzeń homeostazy organizmu pozwalając na wykrycie choroby i podjęcie leczenia we wczesnych stadiach jej rozwoju. Ponadto poszukiwanie
skutecznych inhibitorów katepsyny C i aminopeptydaz jest pierwszym etapem na drodze do stworzenia innowacyjnego leku na wybrane choroby zapalne i nowotworowe. Jeśli badania te dadzą pozytywne wyniki możliwe jest założenie firmy spin-off produkującej inhibitory tych enzymów. Zgodność tematu pracy doktorskiej
z Regionalną Strategią Innowacji Województwa Opolskiego przejawia się przez zainteresowanie opolskiego
szpitala tą tematyką badań i możliwością ich medycznej aplikacji.
W czasie realizacji pracy doktorskiej przebadano blisko 100 różnych związków będących analogami krótkich
peptydów. Były wśród nich między innymi związki fosfonowe, fosfinowe, estry i amidy didehydropeptydów
oraz tiolowe pochodne dipeptydów. Na podstawie uzyskanych wyników tworzona jest struktura farmakofora
dla każdego z przebadanych enzymów.
Publikacje:
1. Bartosz Oszywa, Maciej Makowski, Małgorzata Pawełczak; „Purification and partial characterization of Aminopeptidase from barley (Hordeum vulgare L.) seeds”; Plant Physiology and Biochemistry 65 (2013) 75–80.
Konferencje:
1. Paweł Lenartowicz, Bartosz Oszywa, Maciej Makowski, Małgorzata Pawełczak, Paweł Kafarski; „Etapy poszukiwania
nowych leków”; IX TARGI WIEDZY TECHNOLOGICZNEJ; 24–25.10.2013 Opole, Polska.
2. Paweł Lenartowicz, Maciej Makowski, Bartosz Oszywa, Małgorzata Pawełczak, Paweł Kafarski; „Addition of thiols to
the double bond of dehydropeptides and activity of obtained derivatives as inhibitors of cathepsin C”; 11th German
Peptide Symposium; 18 – 21.03.2013 Garching (Monachium), Niemcy.
3. Bartosz Oszywa, Małgorzata Pawełczak, Paweł Lenartowicz, Maciej Makowski, Paweł Kafarski; „Effect of the ester derivatives of the didehydropeptides on the activity of cathepsin C”; 22nd Polish Peptide Symposium, 01 – 05.09.2013
Kudowa Zdrój, Polska.
4. Bartosz Oszywa, Małgorzata Pawełczak; „The influence of selected phosphonic compounds on the activity of aminopeptidase from barley seed”; 11th European Workshop on Phosphorus Chemistry, 23 – 26.03.2014 Sofia, Bułgaria.
Biodegradacja aminofosfonianów przez cyjanobakterie
Aminofosfoniany charakteryzują się obecnością w strukturze trwałych wiązań pomiędzy węglem i fosforem (C-P) oraz ugrupowań N-metylenowych.
Specyficzna budowa przekłada się na ich trwałość i odporność na degradację chemiczną. Najwięcej aminopolifosfonianów produkuje się na zaspokojenie zapotrzebowania rynku konsumenckiego w branży środków czystości (detergentów). Z szacunkowych danych wynika, iż tylko w Europie
roczna produkcja i zużycie samych tych ksenobiotyków sięga dziesiątek
tysięcy ton. Ostatecznie ze względu na hydrofilowy charakter oraz zastosowanie, większość używanych pochodnych kwasów aminofosfonianowych przedostaje się do środowiska, przede wszystkim do ekosystemów
wodnych. Rosnąca liczba wyników badań wskazuje na to, że obecność tych
30
mgr Hanna Studnik
V rok studiów
substancji nie jest obojętna dla zamieszkujących te siedliska organizmów oraz funkcjonowania całego ekosystemu. Co więcej, niekontrolowane zrzuty aminopolifosfonianów do środowiska, coraz częściej uważa się za
przyczynę wzbogacania zbiorników wodnych w pierwiastki biogenne (głownie fosfor i azot), pogłębiając tym
samym proces eutrofizacji wód.
Dlatego przedmiotem badań pracy doktorskiej są interakcje chemiczne pomiędzy zamieszkującymi środowisko wodne cyjanobakteriami oraz powszechnie stosowanymi ksenobiotykami aminopolifosfonowymi w kontekście biodegradacji tych substancji.
Hipotetyczne powiązanie pomiędzy obecnością aminofosfonianów a dominacją cyjanobakterii w ekosystemach borykających się z narastającym problemem zakwitów sinicowych, stało się powodem podjęcia badań
tego zjawiska pod kątem możliwości wykorzystania tych fototroficznych bakterii do utylizacji ksenobiotyków
fosforoorganicznych poprzez wykorzystanie tych związków jako składnika pokarmowego. Dotychczasowe otrzymane wyniki eksperymentów laboratoryjnych oraz nawiązana współpraca z turawską oczyszczalnią ścieków
stwarza możliwość podjęcia wspólnych działań na rzecz ograniczenia zawartości fosforu w wodach związanych
hydrologicznie z kompleksem Jezior Turawskich. Perspektywicznie pozwoli to na opracowanie metod oznaczania koncentracji różnych form fosforu na wejściu i wyjściu z oczyszczalni, a docelowo na stworzeniu pilotowych
instalacji do oczyszczania wód z ksenobiotyków fosforoorganicznych z użyciem cyjanobakterii.
Wyniki badań wskazują na zróżnicowaną i zależną od gatunku wrażliwość cyjanobakterii wobec aminofosfonianów. Jednocześnie uzyskane rezultaty wskazują na znaczny potencjał halofilnych szczepów w procesach
biodegradacji tej grupy ksenobiotyków. Efekty badań zrealizowanych podczas trwania projektu zastały przedstawione w formie wystąpień konferencyjnych krajowych i zagranicznych:
1. H. Studnik, J. Lipok, P. Kafarski „Isolation of natural phosphonates produced by cyanobacterium Arthrospira fusiformis capable to biodegrade organophosphonates” International Conference On Phosphorus Chemistry (ICPC) Rotterdam 8-12 lipiec 2012.
2. J. Lipok, D. Drzyzga, H. Studnik, ,P. Kafarski „Biodegradation of ethylenediamine tetra(methylene phosphonic) acid
by halophilic cyanobacteria” International Conference On Phosphorus Chemistry (ICPC) Rotterdam 8-12 lipiec 2012.
3. D. Wieczorek, H. Studnik, J. Lipok, P. Kafarski “31 P NMR as a useful technique for measurement of organophosphorus compounds in cyanobacterial and fungal cultures” VIIth Symposium Nuclear Magnetic Resonance in Chemistry,
Physics and Biological Sciences, Warszawa 26-28 wrzesień 2012.
4. J. Lipok, D. Drzyzga, H. Studnik, S. Liebsch, G. Forlani, P. Kafarski „Możliwości biodegradacji popularnego kompleksonu – kwasu etylenodiamino tetra( metylenofosfonowego) przez halofilne sinice” 55 Zjazd Polskiego Towarzystwa
Chemicznego i Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Przemysłu Chemicznego, Białystok 16-20 wrzesień 2012.
5. D. Drzyzga, H. Studnik, M. Ostrowska, G. Bazgier, J. Lipok „Potencjał biotechnologiczny cyjanobakterii” VIII Targi Wiedzy Technologicznej, Opole 13-14 grudzień 2012.
6. D.Drzyzga, H. Studnik, J. Lipok, P. Kafarski, :„Aktywność biologiczna wybranych kompleksonów aminopolifosfonowych wobec cyjanobakterii”, 56 Zjazd Polskiego Towarzystwa Chemicznego i Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Przemysłu Chemicznego, Siedlce 16-20 wrzesień 2013.
31
Markery miodów odmianowych
Spośród produktów pszczelich największym uznaniem konsumentów cieszą się miody. Pszczelarze polscy słyną z produkcji miodów o wysokich walorach smakowych, odżywczych i terapeutycznych. Właściwości terapeutyczne nie tylko stwarzają szerokie możliwości wykorzystania miodu jako
składnika wielu preparatów leczniczych, lecz również podwyższają walory
miodu jako składnika diety. Z tych też względów niezmiernie ważna jest
kontrola jakości miodu oferowanego na rynku krajowym.
mgr inż. Łukasz Zieliński
Z kontroli przeprowadzonych w ostatnich latach przez Inspekcję Handlową
IV rok studiów
wynika, iż na rynku krajowym pojawiły się miody fałszowane, tworzone na
bazie wysoko słodkiego syropu glukozowo-fruktozowego wytwarzanego ze
skrobi. Z nieoficjalnych źródeł wiadomo, iż do naszego kraju sprowadza się
znaczne ilości tego produktu, chociaż na rynku krajowym oferuje się niewiele miodu z zagranicy. Istnieje zatem
podejrzenie, że nagminnym stał się proceder mieszania miodu rodzimej produkcji z importowanym. Niektóre
firmy handlowe, kierując się chęcią osiągnięcia wysokich i szybkich zysków, sprowadzają do Polski miód po niskich cenach, zazwyczaj złej jakości i nie spełniający wymagań co do określonego składu i właściwości. Firmy te,
sprzedając importowany miód o obniżonych parametrach jakościowych po niższych cenach (i często jako miód
krajowy), wprowadzają w błąd konsumenta oraz prowadzą nieuczciwą konkurencję.
W związku z powyższym istnieje potrzeba opracowania szybkich i efektywnych metod pozwalających w sposób jednoznaczny dokonać identyfikacji i oceny jakości miodów odmianowych. Obecnie stosowane w tym celu
metody wydają się wysoce niewystarczające. Wielu badaczy zajmujących się problematyką pochodzenia i jakości miodu uważa, iż tylko metody oparte na unikalnym dla każdego miodu odmianowego składzie chemicznym mogą z pozwodzeniem zastąpić obecnie używane metody. Dlatego też celem projektu jest opracowanie
sposobu pozwalającego precyzyjnie i jednoznacznie określać pochodzenie i jakość miodu sprzedawanego
w Polsce. Poprzez określenie charakterystycznych dla każdej grupy miodów składników chemicznych (markerów), które swoją obecnością i zawartością w miodzie, świadczyłyby o jakości i pochodzeniu botanicznym i/
lub geograficznym miodu.
Miody ze względu na swoje właściwości i zastosowanie wymagają dokładnej kontroli jakości i pochodzenia.
Obecnie w tym celu stosuje się metody oparte na właściwościach fizykochemicznych miodu i na analizie pyłkowej (melisopalinologii). Alternatywą dla tych metod są sposoby określania jakości i pochodzenia miodu opracowane podczas realizacji projektu, które stanowią konkretne rozwiązania, gotowe do implementacji w gospodarkę, zwłaszcza w przemysł spożywczy, farmaceutyczny, kosmetyczny i browarniczy. Uzyskane dzięki współpracy
Wojewódzkiego Związku Pszczelarzy w Opolu i Wydziału Chemii Uniwersytetu Opolskiego rozwiązania, bazują
zarówno na unikalnych substancjach chemicznych charakterystycznych dla poszczególnych miodów odmianowych, jak i na opracowanych profilach chemicznych i chemicznych odciskach palca miodu.
Podczas realizacji projektu opracowano metodę określania pochodzenia botanicznego i jakości polskich miodów odmianowych (miodu: wrzosowego, gryczanego, lipowego i rzepakowego) przy użyciu spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego – NMR. Wykorzystując tę metodę określono chemiczny odcisk palca wyżej
wymienionych miodów. Ponadto zaproponowano nowe markery miodów odmianowych.
32
Z kolei bazując na związkach zapachowych wyczuwalnych przez ludzki nos, określono profile chemiczne związków lotnych polskich miodów odmianowych. Wskazane na drodze wielowymiarowej analizy danych, charakterystyczne dla poszczególnych miodów związki chemiczne, posłużyły do konstrukcji HeatMapy, będącej graficzną, czytelną dla konsumenta metodą przypominającą kod kreskowy.
Publikacje:
1. Ł. Zieliński, S. Deja, I. Jasicka-Misiak, P. Kafarski, Chemometrics as a Tool of Origin Determination of Polish Monofloral
and Multifloral Honeys, Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2014. 62 (13): p. 2973–2981.
Komunikaty konferencyjne:
1. Ł. Zieliński, S. Deja, I. Jasicka-Misiak, P. Kafarski, Badania metabolomiczne jako metoda określania botanicznego pochodzenia miodów nektarowych, 55 Zjeździe PTChem i SITPchem, Białystok 16–20.09.2012.
2. Ł. Zieliński, I. Jasicka-Misiak, P. Kafarski, Profil chemiczny związków lotnych polskich miodów odmianowych, jako
wskaźnik pochodzenia botanicznego miodu, 56 Zjazd PTChem i SITPchem. Siedlce 16–20.09.2013.
33
Chemia
dr hab. Jacek Lipok, prof. UO
Biodegradacja przemysłowych olejów estrowych
Oleje estrowe to mieszaniny składające się głównie z estrów kwasów tłuszczowych otrzymywanych w wyniku reakcji estryfikacji bądź transestryfikacji
olejów. Ponieważ właściwości fizyczne i fizykochemiczne estrów są ściśle
uzależnione od ich budowy, poprzez dobór kwasów i alkoholi użytych do
estryfkacji można kształtować cechy otrzymanego oleju estrowego. Oleje
estrowe są coraz szerzej stosowane w praktyce przemysłowej. Wynika to
głównie z tego, że odznaczają się bardzo dobrymi właściwościami lepkościowo-temperaturowymi (wysoki wskaźnik lepkości), dobrą smarnością,
zwykle małą lotnością i niską temperaturą krzepnięcia. Według statystyk
mgr Magdalena Badura
ponad połowa olejów estrowych zużywana jest w trakcie procesu eksII rok studiów
ploatacji, resztę stanowią odpady poużytkowe. Oleje poużytkowe w 75%
podlegają ponownemu użyciu, zaś pozostałe 25% trafia do środowiska
jako odpad [1]. Ponieważ kontrola ilości i jakości odpadów poużytkowych
oraz ich utylizacja stanowią problem, którego ranga wyraźnie rośnie wraz z wprowadzaniem do środowiska
licznych substancji opisanych jako potencjalnie biodegradowalne, ważne jest określenie stopnia rzeczywistej
biodegradacji tych związków. Istotnym działaniem jest także sprawdzenie w jakich warunkach proces ten zachodzi najbardziej efektywnie. Równie ważne jest opracowanie metod pozwalających na śledzenie przemian
tych substancji w środowisku i identyfikację potencjalnych skażeń.
Celem pracy doktorskiej jest poznanie procesu biodegradacji olejów estrowych i optymalizacja jego przebiegu
poprzez dobór warunków efektywnego działania osadu czynnego.
Wyniki monitorowania biodegradacji przemysłowych olejów estrowych mogą zostać wykorzystane do modernizacji istniejących lub opracowania nowych, bardziej kompleksowych i jeszcze skuteczniejszych metod utylizacji tych
34
szkodliwych zanieczyszczeń. Ponieważ na Opolszczyźnie zlokalizowane są zakłady petrochemiczne i tłuszczowe, badania biodegradacji przemysłowych olejów estrowych mogą przyczynić się do rozwiązania problemów dotyczących
utylizacji odpadów poprodukcyjnych wytwarzanych w tych przedsiębiorstwach. Przewiduje się, że wyniki prowadzonych badań umożliwią dokładniejszą ocenę oddziaływań ekotoksykologicznych stosowanych technologii utylizacji
tych odpadów oraz zachęcą przedsiębiorstwa do wdrożenia nowych, bardziej efektywnych i przyjaznych dla środowiska rozwiązań. Takie działania zazwyczaj skutkują wzrostem konkurencyjności i wartości rynkowej przedsiębiorstwa.
Głównymi efektami realizowanych przeze mnie badań w ramach pracy doktorskiej są wdrożone w Instytucie
Ciężkiej Syntezy Organicznej „Blachownia” procedury badawcze dotyczące określania parametrów osadu czynnego oraz szacowania liczebności obecnych w osadzie czynnym organizmów eukariotycznych. Wdrożone procedury polepszają wiarygodność prowadzonych badań biodegradacji, ponadto poszerzyły ofertę badawczą
tego instytutu. Pozostałe efekty zostały szczegółowo opisane w poniższych publikacjach.
Publikacje:
1. Badura M., Lipok J., Szwach I., Nowakowska-Bogdan E., Biodegradacja przemysłowych olejów estrowych metodą
osadu czynnego, Na Pograniczu Chemii i Biologii, red. H. Koroniak, J. Barciszewski, Wyd. Nauk. UAM, Poznań, tom
XXXI, 2013 – rozdział w monografii.
1. Magdalena Badura, Iwona Szwach, Jacek Lipok, Znaczenie składu gatunkowego osadu czynnego w biodegradacji
olejów estrowych, IX Targi Wiedzy Technologicznej PITRO, Opole 2013 – komunikat.
2. Magdalena Badura, Jacek Lipok, Ewa Nowakowska-Bogdan, Izabela Semeniuk; „Microbiologicaldegradation of industrial ester oils”; XI Ogólnopolskie Seminarium doktorantów „Na Pograniczu Chemii i Biologii”, Ustroń 2013 – wystąpienie konferencyjne.
3. Magdalena Badura, Ewa Nowakowska-Bogdan, Iwona Szwach, Izabela Semeniuk; „Biodegradacja przemysłowych
olejów estrowych”; VIII Targi Wiedzy Technologicznej PITRO, Opole 2012 - wystąpienie konferencyjne.
Literatura:
1. Nagendramma P., Kaul S., Development of ecofriendly/biodegradable lubricants: An overwiew, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16, 764-774, 2012.
Wykorzystanie metod spektroskopowych do określenia zmian
zawartości barwników wytwarzanych przez cyjanobakterie
Stosowane w przemyśle barwniki naturalne otrzymywane są głównie poprzez ekstrakcję surowców roślinnych: liści, kwiatów, korzeni i owoców. Do
najpowszechniej stosowanych barwników spożywczych należą związki
porfirynowe i izoprenoidowe. Chlorofile (związki o strukturze porfirynowej) to barwniki o intensywnej barwie zielonej. Znajdują one zastosowanie jako naturalny barwnik (E140) używany w przemyśle spożywczym do
produkcji zup, sosów czy napojów mlecznych oraz do produkcji środków
do pielęgnacji jamy ustnej. Karotenoidy (zaliczane do izoprenoidów) to
barwniki o szerokiej gamie kolorów (żółte, pomarańczowe, czerwone) i ciekawych właściwościach biologicznych. Karotenoidy znalazły zastosowanie
w przemyśle spożywczym jako barwniki (głównie produktów instant), zaś
w przemyśle kosmetycznym i farmaceutycznym jako źródło prowitaminy
A oraz antyoksydantów. Poza tkankami roślin, omawiane związki występują w komórkach fotoautotroficznych mikroorganizmów.
mgr inż. Grzegorz Bazgier
II rok studiów
35
Jedną z najistotniejszych cech metabolicznych cyjanobakterii, które umożliwiają praktyczne wykorzystanie tych
mikroorganizmów jest ich zdolność do wytwarzania różnorodnych związków chemicznych. Pośród produkowanych przez sinice metabolitów szczególnie interesujące są barwniki z grup: chlorofili, karotenoidów i fikobilin. W zależności od warunków środowiskowych, głównie składu chemicznego podłoża i oświetlenia, proces
fotosyntezy tlenowej może być stymulowany bądź hamowany już na etapie biosyntezy odpowiednich, związanych z nim barwników. Możliwość sterowania procesami biosyntezy barwników przez cyjanobakterie otwiera nowe perspektywy badawcze i stwarza warunki do zastosowania wyników w pozyskiwaniu tych substancji
w procesach biotechnologicznych.
Celem pracy doktorskiej jest opracowanie i optymalizacja metod pozwalających na uzyskanie specyficznej
odpowiedzi metabolicznej cyjanobakterii - wzmożonej biosyntezy sinicowych barwników asymilacyjnych.
Ponadto istotna część projektu dotyczy opracowania nowych procedur, wykorzystujących metody spektroskopowe, do śledzenia zmian składu chemicznego zachodzących w komórkach cyjanobakterii pod wpływem
czynników stresowych.
Wyniki badań prezentowanego projektu badawczego stwarzają możliwości wzbogacenia technologii produkcji barwników o pozyskiwanie tych substancji z alternatywnego, naturalnego, odnawialnego źródła jakim są
cyjanobakterie. Zwiększenie oferty rynkowej poszukiwanych barwników oraz opracowanie nowych metod ich
izolacji z biomasy, w świetle niedoborów rynkowych tego typu produktów w Polsce jest ciekawą alternatywą
dla firm z województwa opolskiego, zajmujących się produkcją i dystrybucją chemikaliów. Ponadto implementacja wyników projektu prowadzić może do powstania nowych, małych i średnich przedsiębiorstw biotechnologicznych nastawionych na produkcję specjalistycznych produktów chemicznych.
W trakcie realizacji projektu zostały opracowane i zwalidowane metody rejestracji zmian składu chemicznego
wybranych gatunków cyjanobakterii, zachodzące pod wpływem stresu wywołanego obecnością ksenobiotyków fosforoorganicznych przy użyciu metod spektroskopowych. Wyniki zostały przedstawione w postaci publikacji i wystąpień konferencyjnych.
Publikacje:
1. Bazgier G., Lipok J., Wpływ związków fosfonowych na zawartość barwników asymilacyjnych u cyjanobakterii, Na
Pograniczu Chemii i Biologii, red. H. Koroniak, J. Barciszewski, Wyd. Nauk. UAM, Poznań, tom XXXI (355-364), 2013.
2. Kasowska-Żok E., Ostrowska M., Studnik H., Balcerzak J., Żyszka B., Drzyzga D., Bazgier G., Kafarski P., Lipok J., Potencjał biotechnologiczny cyjanobakterii tworzących zakwity sinicowe, Chemik, 68 (359-362), 2014.
Konferencje:
1. Damian Drzyzga, Hanna Studnik, Monika Ostrowska, Grzegorz Bazgier, Jacek Lipok; Biotechnologiczny potencjał cyjanobakterii; VIII Targi Wiedzy technologicznej PITRO; 2012; Opole.
2. Grzegorz Bazgier; Współczesna spektroskopia oscylacyjna w badaniach biologicznych i biochemicznych; V ogólnopolskie sympozjum kół naukowych- Wiązania Wiedzy; 2012; Opole.
3. Grzegorz Bazgier, Jacek Lipok, Influence of metabolic stress on the content of photosynthetic dyes in cyanobacterial cultures, Ogólnopolskie Seminarium Doktorantów „Na Pograniczu Chemii i Biologii”, 1-4 czerwca 2013, Ustroń.
4. Grzegorz Bazgier, Ostrowska Monika, Jacek Lipok, Wykorzystanie metod spektroskopowych w badaniach metabolizmu cyjanobakterii; IX Targi Wiedzy technologicznej PITRO, 2013, Opole.
5. Bazgier G., Lipok J., Application of infrared spectroscopy to estimate metabolic changes in cyanobacterial cultures
induced by organophosphorus compounds, 11-th EWPC, March 24-26, 2014, Sofia, Bulgaria.
36
Biodegradacja związków fosfonowych przez cyjanobakterie
Aktualne informacje wskazują na to, że aminowe pochodne kwasów fosfonowych obecne w ekosystemach wodnych, negatywnie oddziałują na wiele organizmów roślinnych i zwierzęcych. Równocześnie te same związki są
użytecznym źródłem przyswajalnego fosforu, a zatem składnikiem pokarmowym dla sinic. Rokrocznie na Opolszczyźnie obserwuje się tak zwane
„zakwity sinicowe jezior” jako efekt nadmiernej żyzności tych zbiorników.
Narastająca skala tego nierozpoznanego do końca zjawiska, konsekwencje
środowiskowe i wymierne straty ekonomiczne wynikające z niekontrolowanego rozwoju sinic, pośród których znajdujemy gatunki produkujące toksyny skłaniają do intensywnego poszukiwania rozwiązań tego problemu.
Jedną z możliwości utylizacji fosfonianów występujących jako zanieczyszczenie cieków i zbiorników wodnych jest wykorzystanie udowodnionych
zdolności cyjanobakterii do mineralizacji niektórych organicznych połączeń
fosforu. Ponieważ źródłem tego typu połączeń są między innymi powszechnie stosowane środki czyszczące i piorące oraz środki uzdatniające wodę
do celów technologicznych, problematyka ta w naturalny sposób związana jest także z oczyszczaniem ścieków komunalnych i przemysłowych.
mgr Damian Piotr Drzyzga
II rok studiów
Ocena możliwości biodegradacji związków fosfonowych przez cyjanobakterie pozwoli na rozpoznanie potencjału tych mikroorganizmów do utylizacji ksenobiotyków oraz na ustalenie warunków sprzyjających temu procesowi. Wyniki doświadczeń prowadzonych we współpracy z oczyszczalnią ścieków mogą posłużyć do opracowania technologii usuwania fosfonianów np. ze ścieków komunalnych i przemysłowych metodami biologicznymi. Opracowanie takich metod wpłynąć może na obniżenie kosztów oczyszczania ścieków, jak również na
obniżenie ładunku pierwiastków biogennych w ściekach oczyszczonych, co jest korzystne pod względem ekonomicznym oraz ekologicznym. Charakter planowanych badań oraz ich bezpośrednie powiązanie z technologią
oczyszczania ścieków mogą doprowadzić do powstania przedsiębiorstw z branży biotechnologii środowiska,
których obecnie brakuje nie tylko w naszym regionie.
Udało się wstępnie zidentyfikować niektóre gatunki sinic rozwijających się w Jeziorze Turawskim, a przeprowadzone badania pozwoliły na określenie użyteczności biotechnologicznej niektórych z pośród nich.
Wykorzystując wysokosprawną chromatografię cieczową (HPLC) oraz magnetyczny rezonans jądrowy (31P NMR),
określono stopień biodegradacji popularnych związków fosfonowych: N-fosfonometyloglicyny, kwasu dietylenotriaminopenta (metylenofosfonowego) i N, N-bis (fosfonometyleno) glicyny w hodowlach sinic halofilnych
i słodkowodnych. Wyniki doświadczeń ujawniły różnicę pomiędzy gatunkami słodkowodnymi i halofilnymi, jeśli chodzi o proces biodegradacji N, N-bis (fosfonometyleno) glicyny, wskazując na odmienną ścieżkę przemian
tej substancji i formowanie się odmiennych produktów. Udało się potwierdzić, że niektóre gatunki są nie tylko
odporne na obecność fosfonianów, ale również, że są w stanie wykorzystać je jako użyteczne źródło fosforu.
Wyniki te wskazują na to, że gatunki te mogą zostać wykorzystane do utylizacji zanieczyszczeń fosfonowych.
Publikacje:
1. Kasowska-Żok E., Ostrowska M., Studnik H., Balcerzak L., Żyszka B., Drzyzga D., Bazgier G., Kafarski P., Lipok J., Potencjał biotechnologiczny cyjanobakterii tworzących zakwity sinicowe, CHEMIK 2014, 68, 4, 357–360.
37
2. D. Drzyzga, J. Lipok. Cyjanobakterie – konserwatywne fotoautotrofy o unikalnych zdolnościach adaptacyjnych. [w:]
Na pograniczu Chemii i Biologii, pod red. H. Koroniaka, J. Barciszewskiego, Wydawnictwo Naukowe UAM, Poznań
2013, XXXI, 385–394.
Konferencje:
1. L. Balcerzak, D. Drzyzga, H. Studnik, B. Żyszka, J. Lipok, Zdolności cyjanobakterii do biotransformacji zróżnicowanych strukturalnie związków organicznych, Pitro VI-IX Targi Wiedzy Technologicznej, – 2013, 24–25 X 2013, Opole.
2. D. Drzyzga, H. Studnik, J. Lipok, P. Kafarski, Biodegradacja kwasu dietylenotriaminopenta (metyleno-fosfonowego)
przez halofilne cyjanobakterie, XXXVII Międzynarodowe Seminarium Naukowo Techniczne – Chemistry for Agriculture, 2–5 XII 2012, Karpacz.
3. D. Drzyzga, J. Lipok, H. Studnik, P. Kafarski, Aktywność biologiczna wybranych kompleksonów aminopolifosfonowych wobec cyjanobakterii, 2013, 16–20 IX 2013, 56 Zjazd PTChem Siedlce.
4. D. Drzyzga, J. Lipok, The ability of selected species of freshwater cyanobacteria to utilization of phosphonates xenobiotics, XI Seminarium Doktorantów „Na pograniczu chemii i biologii”, 1 – 4 VI 2013, Ustroń.
5. D. Drzyzga, „Przyszłość mieni się kolorem zielonym” – o możliwościach wykorzystania cyjanobakterii w procesach
biodegradacji polifosfonianów uciążliwych dla środowiska, V Ogólnopolskie Sympozjum Kół Naukowych – Wiązania
Wiedzy, 14-15 XII 2012, Opole.
6. D. Drzyzga, H. Studnik, M. Ostrowska, G. Bazgier, J. Lipok; Potencjał biotechnologiczny cyjanobakterii, PITRO V-VIII
TARGI WIEDZY TECHNOLOGICZNEJ, 13-14 XII 2012 Opole.
Wytwarzanie nanocząstek metali przez cyjanobakterie
Celem pracy doktorskiej jest określenie zdolności wiązania wybranych jonów metali przez niektóre gatunki cyjanobakterii pod kątem odzyskiwania tych surowców rozproszonych w środowisku życia mikroorganizmów.
Równocześnie przeprowadzane są eksperymenty pozwalające na określenie
możliwości wytwarzania nanocząstek metali przez struktury komórkowe
sinic w wyniku kontaktu z jonami tych pierwiastków.
mgr Monika Ostrowska
II rok studiów
Badania realizowane w ramach niniejszej pracy doktorskiej zmierzają do wzbogacenia technologii oczyszczania wód i ścieków o element pozwalający na biologiczne usuwanie jonów metali przejściowych, gdyż wykorzystywane obecnie metody chemiczne oraz fizyczne nie są wystarczająco wydajne, a ich stosowanie wiąże się
z wysokimi kosztami. Perspektywicznie planuje się także wskazanie metod pozwalających na odzyskiwanie
metali szlachetnych, których naturalne złoża zostały już mocno wyeksploatowane, a ze względu na znaczenie
dla przemysłu elektronicznego i jubilerskiego ich recykling staje się koniecznością. Przewiduje się, że uzyskane wyniki badań przyczynią się do opracowania biotechnologicznych metod doczyszczania ścieków z metali.
Zmiany technologii tego procesu powinny doprowadzić do poprawy stanu środowiska w rejonach, w których
problem ten występuje ze szczególnym nasileniem. Co równie ważne, firmy galwanizerskie stosujące tę metodę mogłyby istotnie zmniejszyć straty odzyskując znaczącą ilość metali, zwłaszcza szlachetnych, z ciekłych odpadów galwanizerskich, które obecnie nie są poddawane procesom recyclingu.
W niektórych przypadkach naturalną konsekwencją interakcji komórek cyjanobakterii z jonami metali jest powstawanie nanocząstek tych pierwiastków. Taka metoda wytwarzania jest przyjazna dla środowiska, gdyż nie
wymaga stosowania toksycznych reagentów, a otrzymywane nanocząstki posiadają takie same właściwości jak
te syntezowane chemicznie. Warto wspomnieć, że dzięki swoim unikalnym właściwościom cząstki w rozmiarach
nanometrycznych znajdują coraz szersze zastosowanie w wielu dziedzinach nauki oraz w codziennym życiu.
38
Zebranie dostępnej literatury naukowej związanej z tematyką badań zaowocowało wydaniem dwóch publikacji
przeglądowych, rozdziału w monografii oraz dwoma wystąpieniami konferencyjnymi. Natomiast dotychczasowe wyniki badań prezentowane były na trzech konferencjach, w tym jednej o zasięgu międzynarodowym.
Publikacje:
1. M. Ostrowska, J. Lipok, Wytwarzanie nanocząstek metali przez mikroorganizmy, Przem. Chem. 2013, 92 (5), 845-852.
2. E. Kasowska-Żok, M. Ostrowska, H. Studnik, L. Balcerzak, B. Żyszka, D. Drzyzga, G. Bazgier, P. Kafarski, J.Lipok, Potencjał biotechnologiczny cyjanobakterii tworzących zakwity sinicowe, Chemik 2014, 68,4.
3. M. Ostrowska, J. Lipok, Bioremediacja metali przez cyjanobakterie, Na pograniczu chemii i biologii tom XXXI, Wydawnictwo Naukowe Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza, Poznań 2013, s. 225-233.
1. D. Drzyzga, H. Studnik, M. Ostrowska, G. Bazgier, J. Lipok, Potencjał biotechnologiczny cyjanobakterii, VIII Targi Wiedzy Technologicznej PITRO V, 13-14.12.2012 Opole (współautorka wygłoszonego komunikatu ustnego).
2. G. Bazgier, M. Ostrowska, J. Lipok, Wykorzystanie metod spektroskopowych w badaniach metabolizmu cyjanobakterii, IX Targi Wiedzy Technologicznej PITRO V, 24-25.10.2013 Opole (współautorka komunikatu ustnego).
3. M. Ostrowska, J. Lipok, Badanie interakcji pomiędzy cyjanobakteriami i jonami metali przejściowych w roztworach wodnych, XI Seminarium Doktorantów Na pograniczu Chemii i Biologii, 1-4.06.2013, Ustroń (komunikat ustny).
4. M. Ostrowska, J. Lipok, A. Jarosz, Wytwarzanie nanocząstek złota przez cyjanobakterie, 56 Naukowy Zjazd Polskiego
Towarzystwa Chemicznego i Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Przemysłu Chemicznego, Siedlce 16-20.09.2013
(komunikat ustny).
5. M. Ostrowska, P. Kafarski, J. Lipok, Biosynthesis of gold nanoparticles by cyanobacteria – When “bio” makes “nano”,
PhoBiA Annual Nanophotonics International Conference & Symposium on Photoactive Synthetic Materials, 2730.04.2014, Wrocław (poster).
Biotransformacje flawonoidów przez cyjanobakterie
Rozwój nauk o żywieniu spowodował, że poszukuje się produktów, które
oprócz właściwości odżywczych pełniłyby także funkcje prozdrowotne.
Szczególne znaczenie w tych poszukiwaniach przypisuje się wykorzystaniu
procesów biotransformacji, które pozwalają na efektywne otrzymywanie
połączeń chemicznych występujących w roślinach w ilościach zbyt małych,
aby opłacalne było ich pozyskiwanie z tych źródeł. Biotransformacje umożliwiają także uzyskiwanie nowych związków na drodze biosyntezy opartej
na naturalnych szlakach przemian biochemicznych, w których cząsteczki
związków organicznych ulegają różnorodnym przemianom np.: utlenieniu,
redukcji, hydroksylacji, estryfikacji, izomeryzacji, hydrolizie, glukozylacji.
Mając na uwadze zastosowanie wymienionych przemian w praktyce, interesujące możliwości stwarzają procesy prowadzone przez całe komórki
mikroorganizmów.
mgr Beata Żyszka
I rok studiów
Wyniki badań naukowych wskazują, że zwiększona konsumpcja warzyw i owoców oraz ich przetworów wpływa korzystnie na zdrowie przez opóźnienie procesów degeneracyjnych organizmu. Wynika to z faktu, iż żywność pochodzenia roślinnego, prócz witamin i składników odżywczych, jest bogata w substancje o działaniu
antyoksydacyjnym, na przykład polifenole i flawonoidy. Flawonoidy i ich pochodne wykazują korzystne cechy
naturalnych przeciwutleniaczy, barwników naturalnych, niskokalorycznych środków słodzących oraz związków
o zwiększonej aktywności przeciwnowotworowej, przeciwbakteryjnej, przeciwwirusowej i estrogenowej. Z kolei unikalne cechy cyjanobakterii, takie jak szybki wzrost biomasy, łatwość i niskie koszty prowadzenia hodowli,
39
„elastyczność” metabolizmu, produkcja metabolitów wtórnych posiadających aktywność biologiczną są racjonalnymi przesłankami podjęcia prac nad interakcjami tych fotoautotroficznych bakterii ze związkami polifenolowymi.
Biotransformacje związków flawonoidowych przez sinice mogą doprowadzić do zmodyfikowania ich struktury,
co wpłynie na zmianę ich właściwości fizykochemicznych i zwiększenie naturalnej różnorodności. W liczniejszej
i bardziej różnorodnej grupie produktów biotransformacji znacząco rośnie szansa wskazania substancji o lepszej biodostępności oraz korzystniejszych właściwościach.
Przemysł spożywczy wskazany jest jako jeden z kluczowych sektorów opolskiej gospodarki, a produkcja napojów o uznanym, korzystnym oddziaływaniu na zdrowie jest jedną z bardziej dynamicznych branż. Podjęte prace zmierzają do poddania biotransformacjom prowadzonym przez cyjanobakterie naturalnych polifenolowych
składników napojów i soków owocowych. Może to doprowadzić do wzbogacenia napojów, o nowe, zróżnicowane strukturalnie flawonoidy, o prozdrowotnych właściwościach. Ponadto wyniki badań tego projektu badawczego, mogą sugerować nowe metody wytwarzania nutraceutyków. Produkty tego rodzaju często decydują
o konkurencyjności przedsiębiorstw tak na rynku krajowym jak i zagranicznym. Możliwości wykorzystania sinic do biotransformacji flawonoidów, mogą natomiast stanowić bodziec do tworzenia nowych, innowacyjnych
przedsiębiorstw biotechnologicznych, co wzmocniłoby znaczenie województwa opolskiego w tej sferze działań.
Dobrano gatunki sinic tolerujące obecność wybranych, naturalnych flawonoidów roślinnych w podłożu.
Opracowano również najdogodniejsze metody tworzenia i utrzymywania kultur cyjanobakterii pod kątem optymalnych składów pożywek, stężeń dodawanych flawonoidów oraz warunków prowadzenia hodowli.
Publikacje:
1. Kasowska-Żok E., Ostrowska M., Studnik H., Balcerzak L., Żyszka B., Drzyzga D., Bazgier G., Kafarski P., Lipok J., „Potencjał biotechnologiczny cyjanobakterii tworzących zakwity sinicowe”, CHEMIK, 68 (4) 2014, 355–362.
Konferencje:
1. Beata Żyszka, Mirosław Anioł, Jacek Lipok, Biotransformacje naturalnych flawonoidów przez halofilne sinice, 56 Naukowy Zjazd Polskiego Towarzystwa Chemicznego i Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Przemysłu Chemicznego, Siedlce 16-20.09.2013 (komunikat ustny).
2. Lucyna Balcerzak, Damian Drzyzga, Hanna Studnik, Beata Żyszka, Jacek Lipok, Zdolności cyjanobakterii do biotransformacji zróżnicowanych strukturalnie związków organicznych, PITRO V- IX Targi Wiedzy Technologicznej, Opole 2425.10.2013 (komunikat ustny).
3. Beata Żyszka, Jacek Lipok, Cyanobacteria as a new microorganisms capable to biotransform flavonoids, XII Ogólnopolskie Seminarium Doktorantów ,,Na pograniczu chemii i biologii”, Karpacz 21-24.05.2014 (komunikat ustny).
40
Chemia
dr hab. Małgorzata Broda, prof. UO
Synteza i badanie właściwości wybranych oktakarboksyftalocyjanin
metali jako potencjalnych fotouczulaczy w terapii fotodynamicznej PDT
Celem pracy doktorskiej jest synteza kompleksów oktakarboksyftalocyjanin z takimi metalami jak np. glin i cynk oraz zbadanie ich właściwości
fizykochemicznych (metodami eksperymentalnymi oraz obliczeniowymi),
a także sprawdzanie oddziaływania z wybranymi związkami o znaczeniu
biologicznym. Ponadto określenie właściwości otrzymanych kompleksów
pod kątem ich potencjalnego zastosowania jako fotouczulaczy w terapii
PDT lub wykorzystania w zakresie biodegradacji farmaceutyków obecnych w środowisku.
mgr Marta Kliber
II rok studiów
W ostatnich latach coraz częstszym przedmiotem badań jest obecność leków w ekosystemie wodnym. Reprezentują
one grupę niemonitorowanych zanieczyszczeń wód mogących wywołać negatywne skutki w otoczeniu znanych
w literaturze jako „emerging contaminants”. Najczęściej wykrywanymi w środowisku wodnym farmaceutykami
ze względu na powszechność stosowania są niesteroidowe leki przeciwbólowe i przeciwzapalne (NLPZ), głównie
te dostępne bez recepty tzw. leki OTC (over the counter). W wodach powierzchniowych można również wykryć
wiele substancji leczniczych z grupy β-blokerów, regulatorów tłuszczów, leków psychotropowych, antybiotyków i hormonów. Obecność farmaceutyków została stwierdzona w różnych mediach wodnych w tym w ciekach,
wodach powierzchniowych, gruntowych i przybrzeżnych, a nawet w wodzie pitnej. Istotny problem stanowi
fakt, że wiele farmaceutyków jest odpornych na biodegradację. Dlatego większość z nich nie ulega całkowitej
eliminacji podczas biologicznego procesu oczyszczania w związku z czym pozostaje w ściekach oczyszczonych
i trafia do ekosystemów wodnych. W ten sposób leki nieustannie trafiają do środowiska i kumulują się w nim
wpływając na jego faunę i florę. Realizowany projekt sytuuje się na styku badań podstawowych i aplikacyjnych
w zakresie oceny możliwości zastosowania wybranych metaloftalocyjanin w procesach biotechnologicznych,
w szczególności w zakresie biodegradacji farmaceutyków obecnych w środowisku. Wynikami prowadzonych
41
badań mogą być zainteresowane przedsiębiorstwa (Stacja Sanitarno-Epidemiologiczna w Opolu i Okręgowa
Stacja Chemiczno-Rolnicza w Opolu) zajmujące się monitorowaniem zanieczyszczeń środowiska i opracowujące sposoby jego detoksykacji. Opracowanie i wdrożenie nowych procedur monitorowania i oczyszczania środowiska jest szansą na zwiększenie potencjału innowacyjnego województwa opolskiego.
Do tej pory zostały zsyntezowane oktakarboksyftalocyjaniny metali, które mogą okazać się skuteczne np. w procesie biodegradacji farmaceutyków obecnych w środowisku.
Publikacja:
1. J. Nackiewicz, A. Suchan, M. Kliber, Octacarboxyphthalocyanines – compounds of interesting spectral, photochemical and catalytic properties. CHEMIK 2014, 68, 4, s. 369–376.
Konferencje:
1. M. Kliber, J. Nackiewicz, M. Broda, Synteza oktakarboksyftalocyjaniny glinu jako potencjalnego fotouczulacza w terapii fotodynamicznej PDT, 56. Zjazd Polskiego Towarzystwa Chemicznego i Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Przemysłu Chemicznego, Siedlce 16-20.09.2013r., s. 296.
2. M. Kliber, J. Nackiewicz, M. Broda, Synteza właściwości i zastosowanie oktakarboksyftalocyjanin metali, IX Targi
Wiedzy Technologicznej w ramach projektu: Platforma Innowacji Technologicznej Regionu Opolszczyzny V, Opole 24-25.10.2013 r.
3. J. Nackiewicz, M. Kliber, M. Broda, Synthesis and properties of aluminium octacarboxyphthalocyanine – a potential photosensitizer for Photodynamic therapy, XVII Gliwice Scientific Meetings, Gliwice 15-16.11.2013 r., str. 185.
4. M. Kliber, J. Nackiewicz, M. Broda, Octacarboxyphthalocyanines - promising compounds in photodynamic therapy
PDT, Konferencja Użytkowników Komputerów Dużej Mocy, Zakopane 12-14.03.2014 r., str. 55.
Literatura:
1. K. Sosnowska, K. Styszko-Grochowiak, Leki w środowisku – źródła, przemiany, zagrożenia, Materiały Krakowskiej
Konferencji Młodych Uczonych 2009.
Właściwości konformacyjne oksazoloaminokwasów
Synteza prostych modelowych związków zawierających reszty aminokwasowe z pierścieniem oksazolowym od strony C-końca oraz analiza właściwości konformacyjnych otrzymanych związków metodami eksperymentalnymi i obliczeniowymi.
mgr Monika Staś
II rok studiów
Badania służą pogłębieniu wiedzy na temat właściwości związków zawierających w swojej strukturze pierścień oksazolowy, zrozumieniu mechanizmu ich działania i poszukiwaniu nowych, innowacyjnych rozwiązań w ich
zastosowaniu. Prowadzone prace dotyczą przede wszystkim syntezy i określenia właściwości niestandardowych reszt aminokwasowych z pierścieniem oksazolowym od strony C-końca
w miejscu wiązania peptydowego, które są elementem strukturalnym makrocyklicznych peptydów produkowanych m.in. przez bakterie z gatunku Sterptomyces. Peptydy te zaliczane są do tiopeptydowych antybiotyków
ze względu na swoje antybakteryjne działanie przeciwko bakteriom Gram+. Przykładowo sulfomycyna niszczy
42
bakterie powodujące zapalenie płuc i anginę oraz gronkowca złocistego, także szczepy odporne na obecne leki
[Bagley i inni, 2005]. Te nietypowe reszty znaleźć można również w alkaloidach wyizolowanych z metabolitów
cyjanobakterii (np. Oscillatoria raoi), mających głównie działanie przeciwnowotworowe. Obie grupy mikroorganizmów występują w wodach powierzchniowych, dlatego ich toksyczność może bezpośrednio oddziaływać
na ludzi oraz środowisko. Nawiązana współpraca ze Stacją Sanitarno-Epidemiologiczną oraz Okręgową Stacją
Chemiczno-Rolniczą w Opolu pozwoli na określenie właściwości badanych reszt. Dotychczasowe studia literaturowe pokazują, że oksazoloaminokwasy mają właściwości przeciwbakteryjne, mogą więc w przyszłości okazać się doskonałą alternatywą dla obecnie stosowanych farmaceutyków, co może pozwolić na wykorzystanie
ich w przemyśle farmaceutycznym. Wyniki badań potwierdzają, że oksazoloaminokwasy posiadają nietypową
preferencję do przyjmowania konformacji -2, będą zatem przydatne do projektowania nowych syntetycznych
peptydów otrzymywanych za pomocą syntezy peptydów na fazie stałej. Opatentowanie otrzymanych związków i wdrożenie ich do produkcji pozwoli na zwiększenie potencjału województwa opolskiego.
Dotychczasowe badania pozwoliły na otrzymanie pochodnych oksazoloaminokwasów: oksazoloalaniny, oksazolodehydroalaniny, oksazolodehydrobutyryny oraz pochodnych oksazolinoaminokwasów: oksazolinowaliny i oksazolinoalaniny metodą cyklizacji reszty seryny za pomocą odczynnika DAST. Wyniki obliczeń teoretycznych (metodą M06–2X) oraz analiza widm IR i NMR-NOE wykonanych w różnych rozpuszczalnikach wskazują na nietypową preferencję otrzymanych aminokwasów do przyjmowania konformacji β2 (tendencja jest
silniejsza dla dehydroaminokwasów, w których występuje dodatkowo sprzężenie π-elektronowe, niż dla ich
nasyconych analogów). Tendencja ta zmniejsza się wraz ze wzrostem polarności rozpuszczalnika. Konformacja
β2 w tych związkach stabilizowana jest przez tworzenie się wewnątrzcząsteczkowego wiązania wodorowego
typu N-H···N, gdzie donorem protonu jest atom azotu wiązania amidowego, a akceptorem atom atomu azotu
pierścienia oksazolowego. Wszystkie uzyskane wyniki badań zostały umieszczone w publikacjach oraz zaprezentowane na konferencjach.
Publikacje:
1. Dawid Siodłak, Maciej Bujak, Monika Staś „Intra- and intermolecular forces dependent main chain conformations of
esters of a, b-dehydroamino acids” The Journal of Molecular Structure; 2013; 20; 229–236.
2. Dawid Siodłak, Monika Staś, Małgorzata A. Broda, Maciej Bujak, Tadeusz Lis „Conformational properties of oxazole-amino acids and intramolecular N-H … N hydrogen bond” – The Journal of Physical Chemistry B; 2014; 118; 2340–2350.
Konferencje:
1. Monika Staś, Edyta Grzywocz, Dawid Siodłak “Badania konformacyjne oksazolo-a, b-dehydroalaniny” VI Konferencja Użytkowników Cyfronetu AGH; 27–1.03.2013r; Zakopane.
2. Dawid Siodłak, Monika Staś „Conformational Properties of Oxazole a, b-Dehydroamino Acids” 22nd Polish Peptide
Symosium; 1–5.09.2013r.; Kudowa Zdrój.
3. Dawid Siodłak, Monika Staś „Synthesis and Conformational Analysis of Oxazole-Amino Acids” IX Targi Wiedzy Technologicznej PITRO V; 24–25.10.2013r; Opole.
4. Monika Staś, Dawid Siodłak “Właściwości konformacyjne tiazoloaminokwasów: porównanie z oksazoloaminokwasami” VII Konferencja Użytkowników Cyfronetu AGH, 2–14.03.2014; Zakopane.
43
Właściwości konformacyjne N-metylowanych peptydów
– studia teoretyczne i eksperymentalne
Zamierzeniem badawczym projektu jest poznanie wpływu modyfikacji
strukturalnych: N-metylowania oraz obecności niestandardowych reszt
aminokwasowych na właściwości konformacyjne peptydów. Planowane są
badania mające na celu ocenę wpływu modyfikowanych, N-metylowanych
peptydów na dynamiczne i strukturalne właściwości liposomów jako modelu błon biologicznych oraz obiecujących nośników substancji aktywnych.
Wyniki badań pozwolą pogłębić dotychczasowy stan wiedzy dotyczący
właściwości trzeciorzędowego ugrupowania amidowego w kontekście
oddziaływań z modelem błony biologicznej.
mgr Roksana Wałęsa
III rok studiów
Wynikami badań powinny być zainteresowane firmy kosmetyczne. Jedną z możliwości zwiększenia innowacyjności produktów kosmetycznych jest wykorzystanie liposomów jako nośników substancji aktywnych. Peptydy
jako naturalne składniki receptur kosmetycznych zajmują wśród nich ugruntowaną pozycję, ale ich zastosowanie
wciąż pozostaje utrudnione z powodu niskiej zdolności do pokonywania bariery skórnej. Zamknięcie związku
w liposomie umożliwia wprowadzenie ich do głębokich warstw skóry. Ponadto modyfikacja strukturalna peptydów jaką jest N-metylowanie sprawia, że związki te są bardziej hydrofobowe, a zatem charakteryzują się większą zdolnością do przenikania przez błony biologiczne. Warunkiem koniecznym do tego, aby liposomy mogły
być wykorzystane jako transportery zamkniętych w nich substancji jest ich trwałość zależna od rodzaju wprowadzonej domieszki. Planowane badania mogą przyczynić się do skuteczniejszego projektowania nośników
liposomalnych dla aktywnych peptydów – składników receptur kosmetycznych.
W trakcie trwania projektu określone zostały właściwości konformacyjne małych modeli peptydowych w fazie
gazowej oraz otoczeniu rozpuszczalnika. Ponadto wyznaczony został wpływ modyfikowanych N-metylowanych
peptydów na strukturalne i dynamiczne właściwości błon liposomów oraz błon biologicznych z wykorzystaniem filtrów impregnowanych lipidami. Badania eksperymentalne wsparte zostały metodami teoretycznymi,
których celem było określenie natury i energii oddziaływań z pojedynczą cząsteczką fosfolipidu błonowego –
lecytyny, miejsc wiążących lecytyny z wybranymi peptydami, najbardziej dogodnej konformacji do tworzenia
wiązań stabilizujących kompleksy. Wyniki badań zostały opracowane w postaci publikacji oraz przedstawione
na konferencjach krajowych i międzynarodowych wymienionych poniżej.
Publikacje:
1. R. Wałęsa; N-metylowane peptydy jako nadzieja medycyny, Na pograniczu chemii i biologii tom XXIX, 2012: 153–
165. – rozdział w książce.
2. R. Wałęsa, M.A. Broda; Journal of Peptide Science, 2014, 20 (3): 203–211.
3. R. Wałęsa, T. Ptak, D. Siodłak, T. Kupka, M.A. Broda; Magnetic Resonance in Chemistry, 2014, 52, 298-305.
4. R. Wałęsa, A. Buczek, M.A. Broda; CHEMIK, 2014, 68, 3, 329-334.
Wybrane wystąpienia konferencyjne:
1. R. Wałęsa, A. Buczek, and M.A. Broda; ß-Turn Tendency in Model Dehydropeptides; X GIRONA SEMINAR on Theoretical and Computational Chemistry for the Modeling of Biochemical Systems: From Theory to Applications, Girona
(Hiszpania), 2.07.2012 r. - 5.07.2012 r. – konferencja międzynarodowa (poster).
2. R. Wałęsa, M.A. Broda; Solvent effect on the conformational preferences of model peptoids; Modeling and Design of
44
Molecular Materials, Wrocław, 10.09.2012 r. - 14.09.2012 r. - konferencja międzynarodowa (poster).
3. R. Wałęsa, B. Pytel, G. Engel, D. Siodłak, D. Man, M. A. Broda, Quinine influence on the dynamic properties of liposome membranes modified by N-methylated peptidomimetics – EPR study; XV Zjazd Polskiego Towarzystwa Biofizycznego, Nałęczów, 25.06.2013 r.–28.06.2013 r. - poster.
4. R. Wałęsa, A. Buczek, D. Siodłak, D. Man, M. A. Broda; EPR studies of egg yolk lecithin membrane modified by peptidomimetics, 22nd Polish Peptide Symposium, Kudowa Zdrój, 1.09.2013 r. - 5.09.2013 r. - poster.
5. R. Wałęsa, M. A. Broda; Modelowanie komputerowe w badaniach nad lekiem – projektowanie i poszukiwanie substancji aktywnej, IX Targi Wiedzy Technologicznej, Opole, 24.10.2013 r. - 25.10.2013 r. – poster z wyróżnieniem.
6. R. Wałęsa, D. Siodłak, T. Kupka, M. A. Broda; Interaction between model peptide and lecithin; Konferencja Użytkowników Komputerów Dużej Mocy, Zakopane 7.03.2012 r. - 9.03.2012 r. – prezentacja ustna.
45
Chemia
dr hab. Teobald Kupka, prof. UO
Teoretyczne i spektroskopowe badania uporządkowanych
struktur węglowych i innych jako potencjalnych nośników
katalizatorów i sensorów małych molekuł
Celem mojej pracy doktorskiej jest przeprowadzenie systematycznych badań teoretycznych i eksperymentalnych małych molekuł chemicznych oraz
rozbudowanych systemów molekularnych (nanorurki węglowe, grafeny,
fullereny) pod kątem analizy wzajemnych oddziaływań. Analiza obejmuje
zmiany parametrów strukturalnych i spektroskopowych ważnych do projektowania badanych materiałów i ich zastosowania jako sensorów.
mgr Marzena Nieradka
III rok studiów
Jednym z aspektów tych badań jest praktyczne zastosowanie modelowanych struktur jako nośników katalizatorów w katalizie heterogenicznej oraz jako sensorów gazów obojętnych i toksycznych (w tym oddziaływania
z metanem, tlenkami azotu, tlenkiem i dwutlenekiem węgla, amoniakiem, molekularnym wodorem oraz tlenem). Rozwijające się przedsiębiorstwa poszukują nowoczesnych materiałów, których zastosowanie pozwoli na
zwiększenie wydajności syntez oraz polepszenie jakości otrzymywanych produktów. W tym celu zainteresowano się nanotechnologią jako nowoczesną gałęzią nauki. Nanomateriały obecnie cieszą się dużym powodzeniem
w wielu gałęziach przemysłu, a ich małe rozmiary pozwalają na wykorzystanie ich nie tylko jako katalizatorów,
ale również jako adsorbentów do fazy stałej. Biorąc pod uwagę ten fakt możemy wnioskować o wykorzystanie badanych materiałów zarówno do syntez prowadzonych w zakładach przemysłu chemicznego, a także do
oczyszczania zbiorników wodnych na terenie Opolszczyzny.
Proponowany projekt może w dużej mierze przyczynić się do zwiększenia atrakcyjności oraz potencjału naukowo-gospodarczego województwa opolskiego. Potęga Opolszczyzny może zostać odbudowana i stanowić centrum przemysłu chemicznego w kraju, Europie i w świecie. Innowacyjność badań potwierdzi wagę współpracy
sektora przemysłu z sektorem nauki.
46
Wykonane przeze mnie obliczenia pokazują naturę oraz wielkość energii
oddziaływań związków chemicznych z materiałami o potencjalnym zastosoaniu aplikacyjnym. Ponadto, rozpatrywanie różnych modyfikacji pozwoliło
na określenie czynników, które sprzyjają bądź zakłócają procesy wiązania
się molekuł do struktur węglowych. Prace związane z realizacją projektu
na tym etapie są prezentowane na wielu konferencjach krajowych i zagranicznych oraz publikowane w czasopismach z listy filadelfijskiej.
Publikacje:
1. T. Kupka, M. Nieradka, J. Kaminský and L. Stobiński, Modeling 21Ne NMR parameters of carbon nanosystems, Magn. Reson. Chem., 51 (2013) 676–681 (IF=1.528).
2. T. Kupka, M. Stachów, M. Nieradka, K. Radula-Janik, L. Stobiński and J. Kaminský,
Przykład oddziaływań fragmentu
From Small to Medium and Beyond. A Pragmatic Approach in Predicting Pronanorurki węglowej z cząsteczkami
perties of Ne Containing Structures, Mol. Phys. 112 (2014) 645–653. (IF=1.670).
siarkowodoru.
3. T. Kupka, K. Radula-Janik, M. Stachów, L. Stobiński, M. Nieradka, J. Kaminsky, S. P.
A. Sauer, Od modelowania molekularnego po nanotechnologię i czystą energię
(From molecular modelling to nanotechnology and clean energy), Chemik, 68
(4), 2014, 288–295 (No IF, ISSN 0009–2886) – czasopismo bez IF z listy B MNiSW.
4. Teobald Kupka, M. Nieradka, Sensitivity of noble gas NMR parameters to the heterocyclic ring proximity. Density functional theory (DFT) studies of Ne –furan and Ar – furan, Chem. Heterocyclic Comp. (Khimiya Geterotsiklicheskikh
Soedinenii), 50 (3) (2014) 467–475. (IF = 0.634).
5. M. Nieradka, Sensitivity of 3He NMR parameters to the proximity of heterocyclic rings. The helium – furan dimer,
Chem. Heterocyclic Comp. (Khimiya Geterotsiklicheskikh Soedinenii), 50 (3) (2014) 459—466 (IF = 0.634).
Konferencje naukowe:
1. T. Kupka, M. Stachów, M. Nieradka i wspł. (współautorstwo posteru) From Small to Medium and … Structure and Spectroscopy, 7th Molecular Quantum Mechanics 2013 (MQM 2013) Lugano, Switzerland, 2 – 7 June 2013.
2. M. Nieradka, T. Kupka, J. Kaminsky, L. Stobiński Sensitivity of noble gases to carbon nanosystems – poster, Konferencja Użytkowników Komputerów Dużej Mocy, KUKDM 12–14.03. 2014, Zakopane.
3. T. Kupka, M. Nieradka i wspł. Experiment vs theory. Raman spectroscopy of red coral (Corrallium rubrum) and snail shell (Helixia maxima), Konferencja Użytkowników Komputerów Dużej Mocy, KUKDM 12–14.03. 2014, Zakopane.
Badania teoretyczne, spektroskopowe i krystalograficzne pochodnych
karbazoli jako prekursorów polimerów przewodzących
Ze względu na swoje właściwości karbazol oraz jego pochodne znalazły
zastosowanie w różnych dziedzinach gospodarki. Karbazole są stosowane
m.in. w syntezie farmaceutyków, farb i pigmentów czy też środków chemicznych wykorzystywanych w rolnictwie. Ponadto stosowane są do produkcji materiałów elektronicznych i elektrooptycznych (diody polimerowe
emitujące światło, markery, sensory urządzeń fotopowielających). Celem
projektu są badania teoretyczne i eksperymentalne (spektroskopowe i rentgenostrukturalne) pochodnych karbazoli. Wyznaczenie i ocena właściwomgr Klaudia Radula-Janik
ści elektronowych (energia HOMO i LUMO, energia pasma wzbronionego)
III rok rok studiów
oraz dokonanie charakterystyki spektroskopowej wybranych układów posługując się modelowaniem molekularnym. Ponadto pokrycie nanocząstek
srebra polikarbazolami może stanowić przełom w zwiększeniu wydajności procesu zamiany energii słonecznej w energię elektryczną (tzw. uzyskiwanie energii przyjaznej środowisku
w obliczu światowego kryzysu energetycznego). Aktualna literatura przedmiotu jest uboga w prace dotyczące
47
badań układów w nanoskali z zastosowaniem techniki NMR. Proponowane badania pozwolą w lepszym stopniu
wykorzystać potencjał tkwiący w tej technice badawczej, dodatkowo wspartej modelowaniem molekularnym.
Proponowana tematyka ze względu na aktualność i nowoczesność kierunków zastosowań badanych materiałów jest bardzo obiecująca. Połączenie badań teoretycznych z badaniami eksperymentalnymi ma służyć zaprojektowaniu oraz wstępnym wdrażaniem nowych materiałów przydatnych w gospodarce XXI wieku, w tym
polimerów przewodzących i emitujących światło oraz układów do zamiany energii słonecznej na energię elektryczną. Ponadto może w znacznym stopniu przyczynić się do wzrostu atrakcyjności inwestycyjnej i zwiększenia
potencjału naukowo-gospodarczego województwa opolskiego. Ze względu na unikatowy charakter tej pracy,
publikowane wyniki będą przekładać się zarówno na promowanie przedsiębiorstwa jak i regionu.
W ramach dotychczasowych prac w okresie realizacji projektu przeprowadzono zarówno badania teoretyczne
jak i eksperymentalne. Oprócz badań rentgenostrukturalnych i spektroskopowych wyznaczono także właściwości elektronowe związków, które jak dotąd nie zostały opisane w literaturze oraz nie znalazły praktycznego
zastosowania. Część opracowanych wyników została opublikowana w czasopismach zagranicznych jak i krajowych. Ponadto wyniki zostały przedstawione na kilku konferencjach naukowych.
Publikacje:
1. K. Radula-Janik, T. Kupka, K. Ejsmont, Z. Daszkiewicz and S. P. A. Sauer, Halogen effect on structure and 13C NMR chemical shift of 3,6-disubstituted-N-alkyl carbazoles, Magn. Reson. Chem. 51 (2013) 630–635.
2. T. Kupka, M. Stachów, M. Nieradka, K. Radula-Janik, L. Stobiński and J. Kaminský, From Small to Medium and Beyond.
A Pragmatic Approach in Predicting Properties of Ne Containing Structures, Mol. Phys. 112 (2014) 645–653.
3. T. Kupka, K. Radula-Janik, M. Stachów, L. Stobiński, M. Nieradka, J. Kaminsky, S. P. A. Sauer, Od modelowania molekularnego po nanotechnologię i czystą energię, Chemik, 68 (4), (2014) 288–295.
Konferencje:
1. K. Radula-Janik, T. Kupka, K. Ejsmont, Theoretical studies of chemical shifts and indirect spin-spin couplings of carbazoles and their derivatives. XLIV Ogólnopolskie Seminarium na temat Magnetycznego Rezonansu Jądrowego i jego
zastosowań, Kraków, 3–4 grudnia 2012.
2. K. Radula-Janik, T. Kupka, K. Ejsmont, Od karbazolu do konwersji energii słonecznej, Seminarium „Chemiczny ring –
Potencjał współpracy w obszarze B+R w regionie Opolszczyzny”, Kędzierzyn-Koźle, 25 stycznia 2013.
3. K. Radula-Janik, T. Kupka, K. Ejsmont, Z. Daszkiewicz, Theoretical and experimental NMR studies on carbazoles, Konferencja Użytkowników Komputerów Dużej Mocy – KU KDM’13, Zakopane, 28 luty – 1 marca 2013.
4. T. Kupka, M.Stachów, M. Nieradka, Klaudia Radula-Janik i wspł., Molecular Modeling of Small and Medium Size Molecular Systems. Structure and Spectroscopy, Konferencja Użytkowników Komputerów Dużej Mocy – KU KDM’13, Zakopane, 28 luty – 1 marca 2013.
5. T. Kupka, M. Stachów, M. Nieradka, K. Radula-Janik i wspł., From Small to Medium and … Structure and Spectroscopy, 7th Molecular Quantum Mechanics 2013 (MQM 2013), Lugano, Switzerland, 2 – 7 June 2013.
6. K. Radula-Janik, T. Kupka, K. Ejsmont, Z. Daszkiewicz, Theoretical studies on chemical shifts of 3,6-diiodo-9-ethyl-9H-carbazole, Konferencja Użytkowników Komputerów Dużej Mocy – KU KDM’14, Zakopane, 12 – 14 marca 2014.
48
Teoretyczne i eksperymentalne określenie właściwości
strukturalnych i spektroskopowych uporządkowanych struktur
węglowych i metaloorganicznych siatek krystalicznych
Zgodnie z przyjętym tematem przewodu doktorskiego celem wykonywanej przeze mnie pracy naukowej obejmującej studia doktoranckie jest
wykonanie szeregu rozległych badań teoretycznych i eksperymentalnych
uporządkowanych struktur węglowych (fulerenów, nanorurek węglowych
oraz grafenów) i innych układów porowatych (np. struktur krystalicznych
MOF) w aspekcie ich praktycznego zastosowania do nanokompozytów
oraz do efektywnego magazynowania molekularnego wodoru i innych
małych molekuł.
mgr Michał Stachów
III rok studiów
W ostatnich latach na terenie Opolszczyzny powstał szereg pionierskich firm działających na pograniczu chemii oraz biotechnologii np. w branży rekultywacji i odnowy biologiczno-chemicznej wód i gruntów w Polsce.
Jednym z przykładów jest firma BioRenova Polska sp. z o.o. z siedzibą w Opolu, posiadająca swoje korzenie
i kapitał w Stanach Zjednoczonych. Zajmuje się wytwarzaniem różnego rodzaju produktów chemicznych i biologicznych służących do rekultywacji rzek, jezior, wód gruntowych i gleby oraz ekologicznej odbudowy terenów zniszczonych. Nowe normy środowiskowe i regulacje Unii Europejskiej wymuszają na zarządcach dużych
terenów zielonych ich przestrzeganie i monitoring skażenia. Interesującym aspektem mojej pracy doktorskiej
w kontekście ich praktycznego wykorzystania jest potencjalna możliwość opracowania rozwiązań pozwalających na magazynowanie dużych ilości związków szkodliwych w środowisku naturalnym Opolszczyzny (gazów,
jonów metali i innych).
Proponowany projekt może w znacznym stopniu przyczynić się do wzrostu atrakcyjności inwestycyjnej i zwiększenia potencjału naukowo-gospodarczego województwa opolskiego. Wypracowane rozwiązania z dziedziny
nanotechnologii, w tym magazynowania substancji szkodliwych (gazów, jonów metali i związków organicznych)
pozwolą poszerzyć ofertę produktów i otworzyć nowe kierunki rozwoju firmy. Dlatego też firma BioRenova
Polska wyraża szerokie zainteresowanie projektem realnej współpracy i wdrożeniami proponowanych rozwiązań.
W trakcie trwania projektu stypendialnego i związanej z nim współpracy na linii UO – firma BioRenova Polska
wykonano szereg badań i analiz dotyczących zagadnienia bioremediacji terenów skażonych. Na zlecenie kooperującej firmy zlecono badania poziomu skażenia wód w wybranych zbiornikach retencyjnych województwa
opolskiego w laboratorium certyfikowanym. Otrzymane wyniki dały podstawę do dalszych prac mających na
celu opracowanie skutecznej metody aplikacji produktów firmy BioRenova oraz ich dopasowania do miejscowego zastosowania. W kolejnym, aktualnie trwającym etapie współpracy, planowane są testy w skali laboratoryjnej dla opracowanych rozwiązań.
Dotychczasowe rezultaty związane z realizacją projektu prezentowane były na szeregu konferencji krajowych
i zagranicznych oraz publikowane w czasopismach z listy filadelfijskiej.
49
Przykład magazynowania molekuł CO2, SO2 oraz jonów Cd we fragmencie nanorurki węglowej.
Publikacje:
1. F.Nozirov, T.Kupka and M.Stachów, Theoretical prediction of nuclear magnetic shieldings and indirect spin-spin coupling constants in 1,1-, cis- and trans-1,2-difluoroethylenes, J. Chem. Phys., 140 (2014) 144303 (IF=3.164 in 2012, cyt. = 0).
2. T. Kupka, M. Stachów, M.Nieradka, K.Radula-Janik, L.Stobiński, J.Kaminský and S.P.A. Sauer, Od modelowania molekularnego po nanotechnologię i czystą energię (From molecular modelling to nanotechnology and clean energy
CHEMIK, 2014, 68 (4), 288–295 (No IF, ISSN 0009–2886).
3. T.Kupka, M.Stachów, M.Nieradka, K.Radula-Janik, L.Stobiński, J.Kaminský, From Small to Medium and Beyond. A Pragmatic Approach in Predicting Properties of Ne Containing Structures, Mol. Phys., 112 (2014) 645–653 (IF=1.670 in
2012, cyt. = 0).
4. T. Kupka, M. Stachów, E. Chełmecka, K. Pasterny, M. Stobińska, L. Stobiński and J. Kaminsky, Efficient Modeling of NMR
Parameters in Carbon Nanosystems, J. Chem. Theor. Comput., 9 (2013) 4275 – 4286 (IF = 5.389 w 2012).
5. T. Kupka, M. Stachów, J. Kaminsky and L. Stobiński, 3He NMR: from free gas to its encapsulation in fullerene, Magn.
Reson. Chem., 51 (2013) 463 – 468. (IF = 1.528 w 2012).
6. T. Kupka, M.Stachów, J. Kaminsky and S.P.A Sauer, Estimation of isotropic nuclear magnetic shieldings in the CCSD
(T) and MP2 complete basis set limit using affordable correlation calculations, Magn. Reson. Chem., 51 (2013) 482 –
489. (IF = 1.528 w 2012).
1. T. Kupka, M. Stachów, M. Nieradka, K. Radula-Janik, P. Groch, L. Stobiński, K. Pasterny, E. Chełmecka, S. Sauer, J. Kongstead, H. Kjear, J. Kaminsky and T. Pluta, From Small to Medium and …. Structure and Spectroscopy – poster, ETH Zurich – 7th Molecular Quantum Mechanics 2013.
2. T. Kupka, M. Stachów, P. Groch i L. Stobiński, Molecular Modeling of Metal Organic Frameworks spectroscopic characterization using M+n – H2 and benzene – M+n models – referat, Konferencja Użytkowników Komputerów Dużej Mocy, 28 Luty 2013, Zakopane.
3. Michał Stachów, Marzena Nieradka, Teobald Kupka, Leszek Stobiński, Molecular modeling of 13C NMR chemical shifts
in selected fullerenes – poster; Teobald Kupka, Michał Stachów, Marzena Nieradka, Jakub Kaminsky, Stephan P. A. Sauer, Hanna Kjear, Jacob Konstead, Tadeusz Pluta, Obliczanie dokładnych parametrów NMR – referat, XLIV Ogólnopolskie
Seminarium na Temat Magnetycznego Rezonansu Jądrowego i Jego Zastosowań, 3–4 grudnia 2012, Kraków, Polska.
50
Chemia
dr hab. inż. Janusz Nowicki
Badania kinetyczne interakcji katalizatorów poliaminowych
w przebiegu syntez żywic rezolowych oraz ich wpływ na
poprawę właściwości ekologicznych produktów końcowych
Żywice fenolowo-formaldehydowe należą do grupy tworzyw sztucznych
kondensacyjnych. Wykorzystywane są między innymi do produkcji materiałów ciernych i ściernych, form i rdzeni dla przemysłu odlewniczego, wyrobów elektroizolacyjnych, wyrobów termoizolacyjnych z wełny mineralnej
i włókna szklanego, tworzyw warstwowych, spoiw stosowanych w przemyśle meblarskim, klejów, farb oraz wyrobów powszechnego użytku. Podczas
mgr inż. Magdalena Cygan
procesu ich przetwórstwa, głównie w wyniku działania wysokich temperaI rok studiów
tur pojawia się problem emisji do środowiska substancji szkodliwych, głownie formaldehydu, fenolu i jego hydroksymetylowych, oksymetylenowych
i metoksymetylowych pochodnych. W dotychczas stosowanych technologiach syntezy żywic, w których stosuje się głównie jeden katalizator (amoniak, wodorotlenek sodu, wapnia, baru) sumaryczna zawartość tych składników sięga nawet 30%. Celem pracy
doktorskiej jest zbadanie wpływu katalizatorów poliaminowych na kinetykę reakcji fenolu z formaldehydem oraz
na możliwość redukcji zawartości niepożądanych składników w żywicy, przy jednoczesnym osiągnięciu założonych właściwości fizykochemicznych i użytkowych. Prace realizowane są w Instytucie Ciężkiej Syntezy Organicznej
„Blachownia”, który posiada unikalną aparaturę, umożliwiającą prowadzenie syntez kontrolowanych komputerowo. Dotyczy to zarówno kontroli parametrów procesu (załadunek surowców – uzyskanie odpowiedniego stosunku
molowego substratów i katalizatora, osiągnięcie w określonym czasie temperatury reakcji oraz jej ewentualnych
programowanych zmian, określenie ilości obrotów mieszadła, jak również chłodzenia mieszaniny reakcyjnej według założonego programu) oraz rejestrowania zmian właściwości żywic w sposób ciągły. Badania nad wpływem
zastosowania różnych kombinacji katalizatorów w procesie kondensacji fenolu z formaldehydem, w tym również
badania kinetyczne, powinny dostarczyć cenną wiedzę na temat możliwości minimalizacji zawartości niepożądanych związków, przy równoczesnym osiągnięciu założonych właściwości fizykochemicznych końcowego produktu.
Wyniki badań mogą przyczynić się do rozwiązania problemu emisji do środowiska substancji szkodliwych i wpłynąć
korzystnie na jego stan. Istotne ograniczenie emisji tych substancji w żywicach stosowanych w różnych gałęziach
przemysłu województwa opolskiego, będzie elementem promocji „ZIELONEJ CHEMII” zgodnie z dyrektywami UE.
51
Ze względu na szeroki wachlarz zastosowań żywice rezolowe są powszechnie stosowane w krajowym przemyśle. Na terenie województwa opolskiego mają swoje siedziby zakłady chemiczne, w których jest szansa wdrożenia wyników prac bezpośrednio do produkcji np. należące do Grupy Azoty zakłady chemiczne w KędzierzynieKoźlu. Grupa Azoty wyraziła wstępne zainteresowanie nowymi technologiami w tym również żywicami fenolowo-formaldehydowymi. Sytuacja taka stwarza dużą szansę na uruchomienie nowych technologii produkcji
proekologicznych żywic fenolowo-formaldehydowych na terenie województwa opolskiego, co może skutkować
podniesieniem atrakcyjności firm naszego regionu, a także wzrostem zatrudnienia na jego terenie. Docelowo
korzyści z opracowania sposobu syntezy żywic o obniżonej zawartości szkodliwych substancji mogą dotyczyć
także innych potencjalnych producentów żywic w Polsce, jako że na świecie cały czas trwają prace nad minimalizacją zawartości substancji szkodliwych.
W trakcie 1. roku studiów wytypowałam katalizatory poliaminowe oraz opracowałam metodykę prowadzenia
syntez (stosunki molowe reagentów, reżim temperaturowy, sposób postępowania z próbkami). Następnie opracowałam metodyki analityczne HPLC do oznaczania zawartości fenolu i jego pochodnych oraz formaldehydu
w produkcie końcowym. W kolejnym kroku wykonałam syntezy żywicy modelowej z udziałem konwencjonalnych katalizatorów aminowych (amoniak, trietyloamina) wg matematycznego planu doświadczeń. Na podstawie
obliczonego modelu matematycznego dobrałam optymalne parametry syntezy pod względem oczekiwanych
właściwości fizykochemicznych, przede wszystkim minimalnej zawartości szkodliwych składników (formaldehyd, fenol i jego hydroksymetylowe, oksymetylenowe i metoksymetylowe pochodne).
Badania kinetyczne procesu estryfikacji glikolu etylenowego kwasem
octowym w obecności homogenicznych katalizatorów sulfonowych.
Badania wpływu homogenicznych katalizatorów na estryfikację glikolu
etylenowego kwasem octowym. Wpływ ten zostanie określony dla trzech
wytypowanych katalizatorów homogenicznych [alkilobenzenosulfonowego (ABS), p-toluenosulfonowego (KPTS) i metanosulfonowego (KMS)],
a w szczególności:
•opracowanie kinetyki reakcji estryfikacji glikolu etylenowego kwasem
octowym dla katalizatora (ABS) i jego stężeń,
•określenie na podstawie eksperymentów temperaturowej zależności
stosunków stałych szybkości reakcji w stanie równowagi chemicznej
dla katalizatora i jego stężenia w reagującej masie,
•opracowanie modelu matematycznego następczej reakcji odwracalnej,
•estymacja wartości stałych szybkości reakcji w zależności od temperatury z danych eksperymentalnych na podstawie opracowanego modelu matematycznego.
mgr inż. Marta Depta
II rok studiów
Przedmiotem badań będzie określenie i porównanie ich aktywności katalitycznej w badanym procesie. Aktywność
katalityczna trzech (ABS, KPTS, KMS) katalizatorów określi się za pomocą:
•wyznaczenia konwersji glikolu etylenowego,
•wyznaczenia selektywności jego przemiany do mono- i dioctanu glikolu etylenowego,
•oceny jakościowej i ilościowej powstawania innych niezidentyfikowanych produktów ubocznych (nieobecnych przy katalizatorze alkilobenzenosulfonowego).
52
Wiedza dotycząca kinetyki syntezy estrów jest niezbędna przy projektowaniu procesowym reaktorów chemicznych. Może być wykorzystana przy intensyfikacji i optymalizacji gotowych instalacji, zwłaszcza przy przestawieniu się na reżim zintegrowany (destylacja reaktywna).
Wprawdzie literatura dotycząca procesu estryfikacji jest bardzo obszerna, jednak liczba pozycji drastycznie
maleje, jeżeli ograniczyć się do prac omawiających kinetykę estryfikacji związków dwu- lub trójfunkcyjnych [1].
Kinetykę można również wykorzystać w praktycznym modelowaniu biegu reakcji dla produkcji mono- lub dioctanu glikolu etylenowego.
Kinetykę następczych reakcji odwracalnych estryfikacji glikolu etylenowego kwasem octowym badano stosując
katalizatory: kwas alkilobenzenosulfonowy i kwas bis (3-dodecylobenzenosulfonian) -6,6’- (diokso-1,4-butanowy), w reaktorze periodycznym, pod ciśnieniem zbliżonym do atmosferycznego w zakresie temperatur od 25
do 90 oC, dla dwóch stężeń katalizatora kwasu alkilobenzenosulfonowego 0,45%, 0,60%, 0,87%, 1,30% i jednego stężenia katalizatora kwasu bis (3-dodecylobenzenosulfonian) -6,6’- (diokso-1,4-butanowy) 0,39%. Bieg
reakcji śledzono analizując stężenia reagentów i produktów reakcji w czasie przy użyciu metod analitycznych:
chromatografii gazowej (analiza składu) i Karla Fischera (ozn. zawartości wody).
Do interpretacji wyników badań wykorzystano model matematyczny odwracalnych reakcji następczych biegnących w reaktorze periodycznym z idealnym mieszaniem. Nieliniowe równania różniczkowe rozwiązano metodą
Rungego-Kutty. Do wyznaczenia temperaturowych zależności stałych szybkości reakcji wykorzystano równanie
Arrheniusa, z którego wyznaczono energie aktywacji i współczynniki przedeksponencjalne (k∞).
Literatura:
1. M. Grzesik, J.Skrzypek, Anna Ptaszek i inni, Kinetyka syntezy estru dicykloheksylowego kwasu bursztynowego katalizowana tytanianem tetrabutylowym i bez dodatku katalizatora zewnętrznego, Przem. Chem. 2012, 91, nr 12, 2428.
53
Badania nad syntezą żywic alkidowych z zastosowaniem
nowej odnawialnej bazy surowcowej
Żywice alkidowe stanowią ważną grupę polimerów syntetycznych od dawna znanych i produkowanych w skali przemysłowej. Stanowią one jeden
z komponentów najczęściej stosowanych do produkcji farb i lakierów [1].
Otrzymuje się je z olejów roślinnych, zwykle oleju lnianego lub sojowego
oraz związków pochodzenia petrochemicznego, takich jak pentaerytrytol
oraz bezwodnik kwasu ftalowego [2]. Jednym z kluczowych wyzwań współczesnej chemii jest opracowanie nowych odmian materiałów polimerowych
mgr Hanna Nosal
z wykorzystaniem surowców odnawialnych, które zastąpią wyczerpujące się
III rok studiów
zasoby paliw kopalnych. Celem pracy doktorskiej jest opracowanie metody otrzymywania żywic alkidowych z wykorzystaniem nowej, odnawialnej
bazy surowcowej. Podstawową zmianą surowcową jest zastosowanie oleju
z lnianki siewnej (Camelina sativa) w miejsce oleju lnianego. Proponowany
olej charakteryzuje się nieco mniejszym stopniem nienasycenia niż olej lniany, więc otrzymane na jego bazie
żywice powinny być mniej podatne na żółknięcie podczas eksploatacji w wyniku utleniania nadmiarowych wiązań nienasyconych pozostałych w utwardzonej powłoce. Jako alkohole wielowodorotlenowe wprowadzone zostaną związki pochodzenia naturalnego takie jak: diglicerol, ksylitol, oligoglicerol czy poliole otrzymane z oleju
lniankowego. W miejsce bezwodnika kwasu ftalowego zastosowany zostanie mniej szkodliwy bezwodnik kwasu
cykloheksanodikarboksylowego. Zsyntezowane żywice powinny charakteryzować się co najmniej tak dobrymi
właściwościami użytkowymi jak żywice otrzymane na bazie standardowych surowców.
Przewiduje się, że produkty otrzymane w wyniku zastosowania opracowywanych nowych rozwiązań mogą być
wykorzystane w segmencie nowoczesnych, przyjaznych dla środowiska, szybkoschnących materiałów powłokowych. Podjęcie produkcji żywic alkidowych z użyciem proponowanych nowych surowców nie będzie wymagać dużych zmian aparaturowych i proces może być realizowany w typowych dla tej branży urządzeniach bez
znaczących nakładów inwestycyjnych.
W ramach prowadzonych prac, oprócz samych żywic alkidowych opracowywana jest również cała gama produktów wytwarzanych z surowców odnawialnych o potencjalnym znaczeniu handlowym takich jak epoksydowany olej lniankowy czy poliole z oleju lniankowego.
W wyniku przeprowadzonych badań oznaczono skład chemiczny oleju lniankowego oraz opracowano metodę jego oczyszczania. Opracowano warunki syntezy żywic alkidowych na bazie oleju lniankowego oraz polioli pochodzenia naturalnego takich jak diglicerol oraz zsyntezowane oligoglicerole. Oznaczono najważniejsze
właściwości uzyskanych produktów. Z zaproponowanej bazy surowcowej można otrzymać żywice alkidowe
o właściwościach porównywalnych do tych, jakimi charakteryzują się żywice dostępne na rynku. Wykazano, że
istnieją duże możliwości modyfikacji właściwości otrzymywanych żywic przez odpowiedni dobór reagentów,
modyfikację budowy surowców oraz proporcji ich użycia. Uzyskane wyniki zgłoszono do ochrony patentowej
oraz opublikowano w postaci publikacji i wystąpień konferencyjnych.
54
Publikacje:
1. J. Mosio-Mosiewski, H. Nosal, D. Stańczyk „Badania nad odśluzowaniem oleju lniankowego” Środowisko i Rozwój,
2012, nr 24, s. 154.
1. H. Nosal, J. Nowicki, J. Mosio-Mosiewski, M. Warzała, Synteza żywic alkidowych z użyciem surowców odnawialnych,
IX Targi Wiedzy Technologicznej, Opole, 24-25 X 2013r.
2. H. Nosal, J. Nowicki, J. Mosio-Mosiewski; „Badania nad syntezą żywic alkidowych z surowców odnawialnych” Seminarium „Chemiczny ring – Potencjał współpracy w obszarze B +R w regionie Opolszczyzny” Kędzierzyn-Koźle, 25.01.2013r.
3. H. Nosal, J. Nowicki, J. Mosio-Mosiewski; “Synthesis of alkyd resin on the basis of camelina oil” Conference: “UBIOCHEM-III: SUSTAINABLE PRODUCTION OF ENERGY, MATERIALS & CHEMICALS FROM BIOMASS “, Thessaloniki (Greece), 1-3 XI 2012.
1. H. Nosal, J. Nowicki, M. Warzała, J. Mosio-Mosiewski, R. Fiszer, Sposób otrzymywania żywic alkidowych, zgłoszenie
patentowe numer P405238 (2013).
Literatura:
1. F. N. Jones, Alkyd Resins in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2003.
2. K. Holmberg, Coating Technology Handbook, Alkyd Resins, 3rd Edition, 2006.
55
Chemia
dr hab. Marzena Białek,
prof. UO
Homo- i kopolimeryzacja olefin wobec kompleksów cyrkonu,
tytanu i wanadu z ligandami diamino-bis (fenolanowymi)
Poliolefiny to najbardziej rozpowszechniona grupa tworzyw sztucznych, które
są produkowane i wykorzystywane w różnych dziedzinach życia na całym świecie. Obecnie prowadzi się bardzo intensywne badania (ko) polimeryzacji olefin
z udziałem katalizatorów postmetalocenowych, których odkrycie umożliwiło
otrzymanie poliolefin o różnorodnych właściwościach [1,2], często odmiennych od właściwości dotychczas syntezowanych produktów poliolefinowych.
mgr Elwira Bisz
Celem pracy jest zbadanie procesu homopolimeryzacji olefin oraz kopoIII rok studiów
limeryzacji etylenu z wyższymi α-olefinami wobec katalizatorów posmetalocenowych zawierających kompleksy Ti, Zr i V z ligandami diamino-bis
(fenolanowymi) o różnej strukturze, w tym przede wszystkim określenie
zależności między składem układu katalitycznego, rodzajem aktywatora,
a także warunkami procesu oraz rodzajem i stężeniem olefiny, a aktywnością katalizatora, dyspersją molekularną, a także innymi właściwościami poliolefin. W przypadku homopolimeryzacji wyższych 1-olefin zostanie określony także wpływ wyżej wymienionych czynników na stereoregularność produktów, a w przypadku kopolimeryzacji 1-oktenu z etylenem – na efektywność wbudowania wyższej olefiny oraz rozkład chemicznego składu.
W wyniku realizowanego projektu zsyntezowano wobec opracowanych nowych katalizatorów postmetalocenowych poliolefiny, zarówno homopolimery etylenu i wyższych 1-olefin, jak i kopolimery etylen/1-olefina, o różnych właściwościach i możliwościach zastosowań. Jedną z otrzymanych grup produktów są poli (1-oliolefiny)
o strukturze ataktycznej i różnych masach molowych. Produkty te mogą być wykorzystywane m.in. jako oleje
bazowe smarów plastycznych, dodatki do specjalistycznych klejów, w piankach czy nawet w atyperspirantach.
56
Zainteresowanie tymi produktami wykazały trzy firmy, z których dwie mają swoją siedzibę na terenie Opolszczyzny.
W firmach opolskich zsyntezowane produkty poliolefinowe mogą posłużyć do produkcji innowacyjnych materiałów kompozytowych, czy produkcji wosków poliolefinowych. Zainteresowanie wynikami badań wykazała
także niemiecka firma zajmująca się produkcją klejów wysokotemperaturowych.
Zsyntezowano diamino-bis (fenolanowe) kompleksy Ti, V i Zr o różnej strukturze (zawierające różne podstawniki w pierścieniach aromatycznych liganda oraz przy aminowym atomie azotu) i zbadano ich właściwości katalityczne w polimeryzacji etylenu, wyższych 1-olefin oraz kopolimeryzacji etylenu i 1-oktenu. Aktywność badanych katalizatorów w wymienionych procesach w największym stopniu zależała od budowy użytego do polimeryzacji kompleksu oraz rodzaju aktywatora. Symetryczne kompleksy Ti i Zr z podstawnikiem metylowym
przy aminowym atomie azotu okazały się najaktywniejsze w polimeryzacji wyższych olefin, zaś ich wanadowy
odpowiednik okazał się najefektywniejszym katalizatorem w polimeryzacji etylenu. Zarówno skład układu katalitycznego, jak i warunki prowadzenia reakcji wpłynęły na właściwości otrzymanych polimerów. Wszystkie
otrzymane wyższe poli (olefiny) posiadały strukturę ataktyczną, przy czym znacznie różniły się udziałem pentady izotaktycznej, który zależał przede wszystkim od struktury liganda.
Publikacje:
1. Białek M., Bisz E., A Comparative Study on the Polymerization of 1-Octene Promoted by Vanadium and Titanium Complexes Supported by Phenoxyimine and Salen Type Ligands, Journal of Polymer Research, 2013, 20, s. 1–9.
2. Spaleniak G., Bisz E., Bialek M., Zarychta B., Acta Crystallogrophica, 2014, 70, s. 678.
Konferencje:
1. E. Bisz, M. Białek, Właściwości poli (1-olefin) otrzymanych wobec kompleksów z ligandem bis (fenolanowym) i ich
potencjalne kierunki zastosowań, „Potencjał współpracy w B+R w regionie Opolszczyzny”, 2013, Kędzierzyn – Koźle.
2. E. Bisz, M. Białek „Ethylene and 1-Olefin Polymerization Catalyzed by Amine Bis (phenolate) Complexes – Effect of
Transition Metal”, EPF 2013, Piza, Włochy. Book of abstracts – P1–16.
3. Elwira Bisz, Marzena Białek, Homopolimeryzacja wyższych olefin wobec diamino-bis (fenolanowych) kompleksów
tytanu- Wpływ struktury liganda na wydajność procesu i właściwości produktów. IX Targi Wiedzy Technologicznej,
24–25. 10. 2013, Opole.
Literatura:
1. K. Czaja, M. Białek, Polimery, 2011, 56, s.511—520.
2. V. C. Gibson, S. K. Spitzmesser, Chem. Rev., 2003, 103, s. 283—315.
Polimeryzacja i kopolimeryzacja olefin wobec nowych
metaloorganicznych katalizatorów zawierających kompleksy
metali przejściowych z ligandami silseskwioksylowymi
W dzisiejszych czasach tworzywa sztuczne dzięki swoim zróżnicowanym
właściwościom są powszechnie stosowane w wielu dziedzinach życia. Wśród
różnorodnych tworzyw sztucznych jedno z najważniejszych miejsc zajmują poliolefiny. Tylko w Europie w 2012 roku zapotrzebowanie na ten rodzaj
polimerów przekroczyło 20 mln ton [1].
Większość poliolefin produkuje się z udziałem katalizatorów o różnorodnym
składzie. Najnowszą generację katalizatorów stanowią katalizatory postmetalocenowe oparte o kompleksy metali przejściowych z ligandami wielodonorowymi. Układy te umożliwiają syntezę homo- i kopolimerów o różnorodnych
mgr Monika Pochwała
I rok studiów
57
właściwościach, jednak jeszcze nie pozwalają na pełną kontrolę struktury poliolefin. Nierozwiązanym problemem
jest również możliwość katalitycznej kopolimeryzacji olefin z polarnymi monomerami. Z tego względu ciągle
prowadzone są badania nad nowymi układami katalitycznymi. W niniejszej pracy jako ligandy związków kompleksowych wchodzących w skład układów katalitycznych stosowane są silseskwioksany. W literaturze opisano
do tej pory jedynie pojedyncze próby wykorzystania silsekwioksanów jako składników katalizatorów, głównie
w polimeryzacji etylenu. Brak jest systematycznych badań, które powiązałyby skład układu katalitycznego z jego
aktywnością i fizykochemicznymi oraz morfologicznymi właściwościami produktów [2,3].
Celem pracy doktorskiej jest zatem określenie właściwości katalitycznych nowych, niestosowanych dotąd w (ko)
polimeryzacji olefin katalizatorów metaloorganicznych zawierających kompleksy metali przejściowych zarówno
bliższych, jak i dalszych grup układu okresowego z ligandami silseskwioksylowymi o różnych strukturach. W ramach projektu sprawdzona zostanie także możliwość zastąpienia metyloaluminoksanu, który jest powszechnie
stosowanym, kosztownym aktywatorem przez związki glinosilseskwioksanowe.
Zastosowanie nowych katalizatorów, zawierających kompleksy metali przejściowych bliższych i dlaszych grup
układu okresowego z ligandami silseskwioksylowymi może pozwolić na otrzymanie polimerów i kopolimerów
o nowych, unikalnych właściwościach, a tym samym i o nowych możliwościach zastosowań. Przewiduje się, że
otrzymywane poliolefiny będą mogły także spełniać rolę modyfikatorów m.in. plastyfikatorów w recyklatach
z tworzyw sztucznych. Z tego względu wdrożenie wyników prowadzonych badań przez przedsiębiorstwa zajmujące się produkcją lub przetwórstwem tworzyw sztucznych może przyczynić się do wzrostu konkurencyjności ich wyrobów na rynku.
W ramach badań przeprowadzono szereg (ko) polimeryzacji olefin wobec silseskwioksanowych kompleksów
metali przejściowych bliższych grup układu okresowego. Dobrano optymalne warunki prowadzenia reakcji
oraz dokonano wyboru najbardziej efektywnych aktywatorów dla badanych kompleksów. Poznano wpływ
warunków reakcji polimeryzacji, rodzaju metalu przejściowego oraz struktury ligandów silseskwioksylowych
na aktywność katalizatorów, ich efektywność we wbudowaniu komonomeru do łańcucha polimerowego i na
właściwości produktów polimerowych.
Jako prekatalizatory polimeryzacji etylenu i 1-oktenu oraz ich kopolimeryzacji zastosowano również kompleksy tytanu z ligandami salanowymi. Związki te zostaną następnie poddane modyfikacji poprzez wprowadzenie
do nich silseskwioksanów, co pozwoli określić wpływ ligandów silseskwioksylowych na właściwości katalityczne badanych układów.
Publikacje:
1. Białek M., Pochwała M., Spaleniak G., „Olefin Polymerization and Copolymerization by Complexes Bearing [ONNO]
-Type Salan Ligands: Effect of Ligand Structure and Metal Type (Titanium, Zirconium and Vanadium) ”, Journal of Polymer Science, Part A: Polymer Chemistry; DOI: 10.1002/pola.27218.
Konferencje:
1. Pochwała M., Białek M., Spaleniak G., Synteza i właściwości katalityczne w (ko) polimeryzacji olefin salanowych kompleksów Ti, V i Zr, IX Targi Wiedzy Technologicznej w ramach projektu Platforma Innowacji Technologicznej Regionu Opolszczyzny V, 24–25.10.2013, Opole.
2. Pochwała M., Białek M., Właściwości Katalityczne Kompleksów z Ligandami Silseskwioksylowymi w Polimeryzacji
Olefin, XII Ogólnopolskie Seminarium Doktorantów „Na pograniczu chemii i biologii”, 21–24.05.14, Karpacz.
Literatura:
1. http://www.plasticseurope.org.
2. Baney R.H., Itoh M., Sakakibara A., Suzuki T., Chem. Rev., 1995, 95, 1409–1430.
3. Liu J.-Ch., Chem. Commun., 1996, 1109–1110.
58
Chemia
dr hab. Hubert Wojtasek, prof. UO
Synteza i analiza inaktywacji enzymatycznej feromonów
płciowych brudnicy nieparki i brudnicy mniszki
Synteza (+)-disparluru, będącego głównym, lecz niespecyficznym składnikiem
feromonów płciowych brudnicy nieparki (Lymantria dispar) i brudnicy mniszki
(Lymantria monacha) oraz (+)-monachaluru, jednego ze związków odpowiadających za specyficzność gatunkową (rysunek). Klonowanie, ekspresja oraz
ustalenie specyficzności substratowej hydrolaz epoksydowych z czułków samców obu gatunków uczestniczących w inaktywacji feromonów płciowych.
mgr Adam Drop
II rok studiów
Stosowane wobec owadów będących szkodnikami związki biologicznie czynne są często śmiertelne dla gatunków
pożytecznych, co objawia się m.in. zmniejszającą się populacją pszczoły miodnej. Rozwiązaniem tego problemu jest
poszukiwanie selektywnych metod kontroli szkodników np. ingerencja w komunikację chemiczną owadów, wykorzystując feromony w postaci pułapek. U brudnicy nieparki i brudnicy mniszki wspólnym składnikiem feromonów płciowych jest (+)-disparlur, pełniący rolę czynnika przywabiającego. Jest on jednak związkiem niespecyficznym gatunkowo, rolę tę pełnią dodatkowe składniki feromonów. Jednym z nich jest analog (+)-disparluru - (+)-monachalur - występujący u brudnicy mniszki [1]. Minimalna obecność tego związku całkowicie hamuje szukanie samic przez samce L.
dispar. Wykazano, iż mieszanina (+)-disparluru, jego prekursora (obecny w feromonie płciowym brudnicy mniszki) oraz
(+)-monachaluru, w stosunku 10:1:10 wykazuje 10-ciokrotnie silniejszą odpowiedź behawioralną samców L. monacha
niż sam (+)-disparlur [1]. Wymienione gatunki brudnic są głównymi szkodnikami drzew liściastych i iglastych na terenie kraju i wielu innych państw. Masowe pojawy larw tych owadów, tzw. gradacje, występują co kilka lat na obszarach
monokulturowych i prowadzą do dużych strat w drzewostanie. Stosowane do tej pory preparaty zawierają tylko jeden
składnik feromonów płciowych - (+)-disparlur, stosowany w okresie rójki (okres rozrodczy). Obecne znane syntezy nie
prowadzą do uzyskania produktów o wysokiej czystości optycznej, które są niezbędne do wywołania odpowiedniej reakcji behawioralnej. Opracowana nowa ścieżka syntezy oprócz uzyskania produktu o wysokiej czystości optycznej oraz
stosowanych łatwo dostępnych reagentów, pozwoli na tanią produkcję zarówno (+)-disparluru, jak i (+)-monachaluru.
59
Poznanie enzymów degradujących feromony może pozwolić na opracowanie nowych metod ingerencji w system percepcji węchowej owadów.
Zastosowanie inhibitorów tych enzymów może dać lepsze wyniki od stosowania samych feromonów. W przypadku brudnic takimi enzymami są
hydrolazy epoksydowe, które prawdopodobnie inaktywują składniki feromonów płciowych poprzez hydrolizę ugrupowań epoksydowych [2].
Hydrolazy epoksydowe w organizmach owadów zaangażowane są także
w metabolizm hormonów juwenilnych. Opracowanie inhibitorów tych
enzymów pozwoliłoby nie tylko na ingerencję w system percepcji węchowej tych owadów, ale jednocześnie na kontrolę ich rozwoju larwalnego.
O
O
Struktury (+)-disparluru i (+)-monachaluru.
Reakcje syntezy feromonów płciowych rozpoczęto od otrzymania pochodnej
diestrowej butanodiacetalu, a następnie uzyskano pochodną ditioestrową w reakcji transestryfikacji. Przyłączono jeden z łańcuchów alifatycznych stanowiący część struktury (+)-monachaluru,
a także uzykano nową konfigurację jednego z centrów chilarnych cząsteczki, generującą odpowiednią stereochemię
odpowiedzialną za wywołanie odpowiedniej reakcji behawioralnej. Otrzymano i ustalono fragmenty cDNA prawdopodobnych hydrolaz epoksydowych uczestniczących w ścieżce inaktywacji (+)-disparluru i (+)-monachaluru.
Publikacje:
1. Adam Drop, Weronika Wacławczyk, Bożena Frąckowiak-Wojtasek, Hubert Wojtasek. Inaktywacja enzymatyczna nieracemicznych feromonów owadów. W: Na Pograniczu Chemii i Biologii, tom XXXI, Wydawnictwo Naukowe UAM, Poznań, 2013, str. 365-73.
2. Weronika Wacławczyk-Biedroń, Adam Drop, Bożena Frąckowiak-Wojtasek. Wykorzystanie pochodnych butano-2,3-diacetali w syntezie naturalnych związków optycznie czynnych. CHEMIK 2014, 68 (4), 304-11.
Konferencje:
1. Adam Drop, Bożena Frąckowiak-Wojtasek, Hubert Wojtasek. Synteza i analiza inaktywacji enzymatycznej feromonów płciowych brudnicy nieparki (Lymantria dispar) i brudnicy mniszki (Lymantria monacha). XI Ogólnopolskie Seminarium Doktorantów „Na Pograniczu Chemii i Biologii, Ustroń, 1-4.06.2013.
Literatura:
1. G. Gries, R. Gries, G. Khaskin, K. N. Slessor, G. G. Grant, J. Liska, P. Kapitola, Specificity of nun and Gypsy moth sexual
communication through multiple-component pheromone blends. Naturwissenschaften; 1996; 83: 382-5.
2. G. D. Prestwich, J. W.Kuo, R. G. Vogt, Tritium-labeled enantiomers of disarlure. Synthesis and in vitro metabolizm.
J. Am. Chem. Soc.; 1989; 111: 636-42.
Synteza nieracemicznych feromonów owadów
i badanie ich inaktywacji enzymatycznej
Celem pracy doktorskiej jest opracowanie nowej metody syntezy feromonu agregacyjnego stonki ziemniaczanej (Leptinotarsa decemlineata) –
(S)-1,3-dihydroksy-3,7-dimetylo-6-okten-2-onu (rysunek) [1]. Cząsteczka
feromonu posiada w swojej strukturze centrum chiralne odpowiedzialne
za jego aktywność biologiczną. Jedynie enancjomer S jest biologicznie
aktywny, a przeciwny R hamuje tę aktywność, stąd też synteza musi być
stereoselektywna [1]. Pochodne butanodiacetali to chiralne, stabilne bloki budulcowe, które z powodzeniem stosuje się w syntezie produktów
naturalnych [2]. Za ich pomocą można w skuteczny i trwały sposób wygenerować centrum chiralne i otrzymać związek o dużej czystości enancjomerycznej. Uzyskany feromon posłuży do ustalenia ścieżki degradacji
60
mgr inż. Weronika Wacławczyk-Biedroń, V rok studiów
feromonu oraz identyfikacji enzymów zaangażowanych w ten proces
w czułkach owadów.
Struktura feromonu agregacyjnego
Stonka ziemniaczana to jeden z najpoważ niejszych szkodników upraw,
stonki ziemniaczanej.
szczególnie ziemniaka. Zwalczanie tego szkodnika wymaga stosowania
środków ochrony roślin, które nie są obojętne dla środowiska, a dodatkowo gatunek ten na wiele z nich się uodpornił. Konieczne jest więc opracowanie nowych, przyjaznych dla środowiska metod jego zwalczania.
Do tej pory przetestowano w warunkach polowych różne mieszaniny enancjomeryczne oraz racemiczną feromonu agregacyjnego stonki ziemniaczanej. Jedynie próbka 97%(S):3%(R) wykazała aktywność [3]. Nienaturalny
enancjomer R hamuje aktywność biologiczną, dlatego też w syntezie tego feromonu ważne jest uzyskanie bardzo wysokiej czystości enancjomerycznej. W pracy doktorskiej opracowana została nowa, stereoselektywna
metoda syntezy feromonu. Badania ścieżki inaktywacji feromonu stwarzają możliwość opracowania innowacyjnych metod ochrony roślin. Inhibicja enzymów degradujących feromony zaburza percepcję sygnałów węchowych. Pozwala to na ingerencję w system percepcji węchowej owadów poprzez zastosowanie inhibitorów
tych enzymów, które mogą dać lepsze efekty w porównaniu do samych feromonów. Mogą one być związkami
o strukturze i właściwościach fizykochemicznych bardzo różnych od feromonów np. znacznie trwalszymi i tańszymi w produkcji.
Uzyskane wyniki pracy doktorskiej mogą posłużyć otwarciu firmy typu spin-off produkującej feromon dla przedsiębiorstw regionu i całego kraju w oparciu o opracowaną metodę syntezy.
(5R,6R)-5,6-dimetoksy-5,6-dimetylo-1,4-dioksan-2-on to pochodna butanodiacetalowa glikolanu, która posłużyła do syntezy (S)-1,3-dihydroksy-3,7-dimetylo-6-okten-2-onu. Synteza jest sześcioetapowa, a jej kluczową
reakcją jest przyłączenie 6-metylo-5-hepten-2-onu do pochodnej butanodiacetalowej, a następnie otwarcie
jej pierścienia i redukcja powstałego produktu do triolu. W otrzymanym związku pierwszorzędowa grupa hydroksylowa została zablokowana w celu utlenienia drugorzędowego alkoholu. Otrzymany feromon został poddany inkubacji z homogenatem czułków stonki ziemniaczanej w celu ustalenia produktów jego inaktywacji.
Wstępne badania potwierdziły, że produktem tym jest 6-metylo-5-hepten-2-on – związek otrzymany w wyniku
chemicznego utlenienia pierwszorzędowej grupy hydroksylowej feromonu, który posłużył także jako substrat
w opisanej metodzie jego syntezy.
Publikacje:
1. Adam Drop, Weronika Wacławczyk, Bożena Frąckowiak-Wojtasek, Hubert Wojtasek. „Inaktywacja enzymatyczna nieracemicznych feromonów owadów.” W: Na Pograniczu Chemii i Biologii, tom XXXI, Wydawnictwo Naukowe UAM,
Poznań, 2013, str. 365-373.
2. Weronika Wacławczyk-Biedroń, Adam Drop, Bożena Frąckowiak-Wojtasek. „Wykorzystanie pochodnych butano-2,3-diacetali w syntezie naturalnych związków optycznie czynnych.” CHEMIK 2014, 68 (4), 304-311.
Konferencje:
1. Weronika Wacławczyk, Bożena Frąckowiak-Wojtasek, Hubert Wojtasek. „Synteza feromonu agreagacyjnego stonki
ziemniaczanej (Leptinotarsa decemlineata) – (S)-1,3-dihydroksy-3,7-dimetylo-6-okten-2-onu.” VI Seminarium „Postępy w Syntezie Związków Nieracemicznych”, Polanica Zdrój, 16-19 października 2012.
Literatura:
1. J. C. Dickens, J. E. Oliver, B. Hollister, J. C. Davis and J. A. Klun, Breaking a paradigm: male-produced aggregation pheromone for the Colorado potato betele, Journal of Experimental Biology 2002, 205, 1925-1933.
2. P. Michel and S. V. Ley, Butane-2,3-diacetals of glyceraldehyde: A stable alternative to glyceraldehyde acetonide, Angewandte
Chemie-International Edition 2002, 41, 3898-3901.
3. T. P. Kuhar, E. M. Hitchner, R. R. Youngman, K. Mori and J. C. Dickens, Field response of Colorado potato beetle to enantiomeric blends of CPB I aggregation fheromone, Agricultural Sciences 2012, 3, 896-899.
61
Chemia
dr hab. Krzysztof Ejsmont
Strukturalne i elektronowe aspekty wiązania azot-azot
Głównym celem projektu badawczego jest analiza cech strukturalnych i elektronowych związków chemicznych zawierających wiązanie azot-azot, czyli
charakteryzujących się zjawiskiem katenacji. Do realizacji tego celu wybrano
jako narzędzia: ilościowe indeksy aromatyczności, topologię rozkładu gęstości elektronowej oraz parametry geometryczne struktury molekularnej. Na
podstawie zasobów krystalograficznej bazy danych Cambridge Structural
Database [1], można stwierdzić, iż największą grupę związków chemicznych
stanowią układy zawierające dwa związane ze sobą atomy azotu. Wśród tych
układów najliczniejszą grupę stanowią –hydrazo (–N–N–), –azo (–N=N–), –
azoksy [–N–N (O) –], –azodioksy [–N (O) –N (O) –] oraz związki zawierające
grupę nitraminową (–N–NO2). Badane grupy związków mogą służyć jako
potencjalne barwniki, pigmenty czy dodatki przy wytwarzaniu tworzyw
sztucznych [2]. Związki zawierające wiązanie azot-azot są również dość szeroko badane jako wskaźniki oraz inicjatory reakcji rodnikowej [2]. Układy te
są również ciekawym systemem do badania połączonego efektu wpływu
ciśnienia oraz protonów na indukowanie wzbudzenia elektronowego [3],
jak również mają zastosowanie jako ugrupowanie wbudowane w biologiczne
makrocząsteczki powodując fotofunkcjonalność tych związków [4].
mgr Katarzyna Gajda
I rok studiów
Zakres badań obejmuje analizę związków zawierających sprzężony układ dwóch pierścieni benzenowych połączonych wiązaniem mostkowym -N=N- (ugrupowanie azobenzenowe). Układ ten odpowiada za barwę związku,
która spowodowana jest obecnością w cząsteczce sprzężonych układów π-elektronowych. Związki zawierające
to ugrupowanie znajdują zastosowanie w firmach zajmujących się wytwarzaniem oraz dystrybucją związków
stosowanych jako barwniki w różnych gałęziach przemysłu (spożywczym, kosmetycznym, farmaceutycznym czy
62
chemii gospodarczej i budowlanej). Ich modyfikacja poprzez dodanie podstawników w pozycji - para do wiązania azot-azot zmienia strukturę elektronową układu, a co za tym idzie ma wpływ na zmianę barwy.
Pierwszym krokiem w realizacji projektu była synteza analizowanych związków. Wyhodowane kryształy wykorzystane zostały do badań rentgenostrukturalnych. Na podstawie otrzymanych danych możliwe były obliczenia
rozkładu gęstości elektronowej oraz obliczenia strukturalne dla danych eksperymentalnych. Dane te zostały porównane z danymi teoretycznymi, które otrzymane zostały przy pomocy obliczeń kwantowo – mechanicznych
dla izolowanej molekuły. Przy pomocy otrzymanych danych możliwe było ustalenie strukturalnych konsekwencji
obecności wiązania azot-azot oraz jego form utlenionych, jak również ustalenie topologii rozkładu gęstości elektronowej na wiązaniach C–N, N–N oraz N–O, występujących w obrębie analizowanych mostków. Wyznaczono
również wpływ na aromatyczność pierścieni fenylowych połączonych z analizowanymi grupami funkcyjnymi.
W tym celu obliczono indeks aromatyczności HOMA (z ang. Harmonic Oscillator Model of Aromaticity) [5], który bazuje na geometrycznym kryterium aromatyczności.
Publikacje naukowe:
1. Katarzyna Gajda, Bartosz Zarychta, Andrzej A. Domański, Krzysztof Ejsmont „Dimethyl 4,4- (diazenediyl) dibenzoate
at 100 K” Acta Cryst. (2013) E69, o1607.
2. Katarzyna Gajda, Bartosz Zarychta, Krzysztof Ejsmont „Strukturalne i elektronowe aspekty wiązania azot-azot” CHEMIK 2014, 68, 4, 363–368.
3. Katarzyna Gajda, Bartosz Zarychta, Zdzisław Daszkiewicz, Andrzej A. Domański, Krzysztof Ejsmont „Substituent effects in trans-p, p’-disubstituted azobenzenes – X-ray at 100 K and DFT-calculated structures „Acta Cryst. (2014) C70,
doi: 10.1107/S2053229614009942.
Literatura:
1. Allen F. H. Acta Cryst. 2002, B58, 380–388.
2. Drug E., Gozin M., J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 13784–13785.
3. Dong et al., J. Phys. Chem. B 2011, 115, 14912–14918.
4. Zeitouny et al., J. Mater. Chem. 2009, 19, 4715–4724.
5. Krygowski T. M. J. Chem. Inf. Comput. Sci., 1993, 33, 70–78.
63
Chemia
prof. dr hab. inż. Jolanta
Grzechowiak-Milewska
Preparatyka i charakterystyka katalizatorów heterogenicznych
do procesu estryfikacji gliceryny kwasem octowym
Opracowanie katalizatorów heterogenicznych charakteryzujących się wysoką
selektywnością do trioctanu gliceryny.
W aktualnie realizowanych w przemyśle procesach estryfikacji jako katalizatory głównie stosuje się silne kwasy nieorganiczne (kwas siarkowy) lub
organiczne (kwas para-toluenosulfonowy, kwas alkilo-benzenosulfonowy,
kwas metanosulfonowy itp.) [1–3]. Duże zainteresowanie wzbudzają katalizatory heterogeniczne: np. żywice jonowymienne, sulfonowane tlenki
metali oraz ciecze jonowe. Dobór metod preparatyki i składu chemicznego
umożliwiają kształtowanie ich selektywności w kontrolowany sposób [4].
mgr Szymon Skowronek
III rok studiów
Trioctan gliceryny może być stosowany jako dodatek do paliw zwiększając liczbę oktanową w benzynach
oraz zmniejszając lepkość i poprawiając właściwości niskotemperaturowe w olejach napędowych. Jako dodatek do paliw silnikowych trioctan gliceryny może zawierać niewielkie ilości mono- oraz dioctanu gliceryny [5].
Technologia produkcji octanów gliceryny jako cennych dodatków do paliw silnikowych może być z powodzeniem wdrożona w jednym z zakładów chemicznych na terenie województwa opolskiego. Potencjalnymi odbiorcami technologii wytwarzania octanów gliceryny jako, dodatków do paliw silnikowych, w województwie
opolskim mogą być Zakłady Azotowe ZAK w Kędzierzynie-Koźlu, PCC Synteza SA, Petrochemia Blachownia S.A,
a także ICSO Chemical Production Sp. z o.o. w Kędzierzynie-Koźlu.
64
Określono wpływ składu nośnika katalizatorów na stabilność grup sulfonowych w środowisku reakcji. Katalizatory
SO42-/TiO2 charakteryzują się wyższą stabilnością i selektywnością w kierunku trioctanu gliceryny niż katalizator SO42-/ZrO2.
Na podstawie wyników badań nowych układów katalitycznych otrzymanych z zastosowaniem materiałów
mezoporowatych wykazano, że grupy organosulfonowe imobilizowane na powierzchni SBA-15 charakteryzują
się znacznie większą stabilnością w środowisku reakcji aniżeli grupy sulfonowe wprowadzone na powierzchni
tlenków metali.
Badane pod względem ich malejącej stabilności oraz selektywności w kierunku trioctanu gliceryny układy katalityczne można uszeregować następująco:
Amberlyst-70 > SBA-15-propyl-SO3H > SBA‑15‑fenyl‑SO3H (‑CH3) > 30%HSiW/ZrO2 > SO42-/TiO2 > SO42-/ZrO2.
Publikacje:
1. Skowronek Szymon, Wójcik Jan: Katalizatory heterogeniczne do procesu estryfikacji glikolu trietylenowego kwasem
octowym. Przem. Chem. 2013, tom 92, nr 10, s. 1830–1833.
Konferencje i prezentacje:
1. S. Skowronek, J. Wójcik, J. Lach, „Sulfonowany ditlenek tytanu jako nowy heterogeniczny katalizator estryfikacji alkoholi wielowodorotlenowych kwasem octowym”, 7 Kongres Technologii Chemicznej, lipiec 2012r., Kraków.
2. Forum „Chemiczny Ring” w ramach seminarium „Potencjał współpracy w obszarze B + R w regionie Opolszczyzny”
S. Skowronek „Sulfonowany ditlenek tytanu jako nowy heterogeniczny katalizator estryfikacji alkoholi wielowodorotlenowych kwasem octowym”, styczeń 2013r, Kędzierzyn-Koźle.
3. S. Skowronek, J. Grzechowiak, „Określenie wpływu składu katalizatorów heterogenicznych na aktywność w reakcji
estryfikacji gliceryny kwasem octowym”, 56. Zjazd Naukowy Polskiego Towarzystwa Chemicznego i Stowarzyszenia
Inżynierów i Techników Przemysłu Chemicznego, 16–20 września 2013 roku, Siedlce.
4. Szymon Skowronek, Jan Wójcik, „Katalizatory heterogeniczne do procesu estryfikacji glikolu trietylenowego kwasem octowym”, IX Targi Wiedzy Technologicznej w ramach projektu „PITRO V”, Opole 24 – 25 października 2013r.
Literatura:
1. M. Canakci, J. Van Gerpen, A pilot plan to produce biodiesel from high fatty acid feedstocks T.ASAE, 46 2003, 945.
2. M. I. Goff, N. S. Bauer, S. Lopes, W. R. Sutterlin, G. J. Suppes, Acid-catalyzed alcoholysis of soybean oil, J. Am. Oil Chem.
Soc., 81, 2004, 415.
3. S. Zheng, M. Kates, M. A. Dube, D. D. McLean, Acid-catalyzed production of biodiesel from waste frying oil, Biomass
Bioenergy, 30, 2006, 267.
4. H. Olivier-Bourbigou, L. Magna, D. Morvan, Ionic liquids and catalysis: Recent progress from knowledge to applications, A. C. A: General, 373, 2010, 1.
5. L. Li, S.-T. Yu, C.-X. Xie, F.-S. Liu, H. J. Li, Synthesis of glycerol triacetate using functionalized ionic liquid as catalyst, J.
of Chem. Tech. and B., 84, 2009, 1649.
65
Chemia
dr hab. inż. Wiesław Hreczuch
Synteza i właściwości katalizatorów dimetalocyjankowych
w reakcji polioksyalkilenowania
Celem pracy jest opracowanie i otrzymanie innowacyjnego katalizatora
typu DMC połączone z określeniem relacji między składem chemicznym
złożonych kompleksów dimetalocyjankowych (DMC) a ich właściwościami
katalitycznymi w reakcji poliaddycji niskocząsteczkowych homologów oksiranu (oksiranu i metylooksiranu) z udziałem różnych starterów oraz oceną
jakości produktów oksyalkilenowania wytwarzanych z ich udziałem, a także
komercjalizacja wyników badań poprzez produkcję własną i sprzedaż opatentowanego katalizatora na rynku międzynarodowym.
mgr Jarosław Janik
III rok studiów
Realizowana praca włączona jest w program badań przedsiębiorstwa MEXEO, którego celem jest opracowanie
technologii wytwarzania i uruchomienie produkcji katalizatora DMC w siedzibie firmy w Kędzierzynie-Koźlu.
Proponowana tematyka jest ciekawa z naukowego punktu widzenia, ze względu na dobrze zdefiniowany problem i cel badań oraz aktualność i nowoczesność kierunków zastosowań przemysłowych jako materiałów dla
masowego przetwórstwa w produkcji m.in. polimerów. Wielkość rynku produktów wytwarzanych z udziałem
przedmiotowych katalizatorów DMC można szacować rocznie na kilkadziesiąt tysięcy ton w Polsce oraz kilkanaście milionów ton globalnie. Główny rynek pod względem ilościowym stanowią półprodukty do wytwarzania tworzyw poliuretanowych.
Przedmiotowy katalizator stosowany jest w stężeniach z zakresu ppm. Klasyfikowany jest więc w kategorii
produktów chemii specjalnej (fine chemical), wytwarzanych ze znaczną rentownością w skali przemysłowej.
Stanowi to o dużej atrakcyjności podejmowanej tematyki w jej aspekcie zarówno naukowym jak i aplikacyjnym. Decyduje o tym zarówno już istniejący ustalony rynek zbytu, jak i realność osiągnięcia celu i możliwości
66
wytwórcze znajdujące się w zakresie planów i zdolności inwestycyjnej współpracujących i zainteresowanych
partnerów przemysłowych, zarówno po stronie produkcji omawianego katalizatora jak i jego zapotrzebowania.
W latach 2013/14 potwierdzono pozytywną ocenę opracowanego i opatentowanego katalizatora DMC u kilku
liczących się odbiorców przemysłowych, w tym w skali laboratoryjnej w USA, Japonii, Chinach, Rosji, Włoszech
i Turcji oraz w skali przemysłowej w Polsce i w Rumunii. U kilku innych odbiorców badania aplikacyjne są w trakcie realizacji.
Do wytwarzania badanego katalizatora zaprojektowano i skonstruowano pilotażową instalację produkcyjną.
Stworzono odpowiednią dokumentację produktową oraz opracowano zgłoszenie PPORD (substancje przeznaczone do działalności badawczo-rozwojowej, ukierunkowanej na produkt i proces produkcji) zgodnie z art. 9
rozporządzenia REACH, warunkujące możliwość komercjalizacji. W bieżącym roku zrealizowano już z powodzeniem pierwsze zamówienia komercyjne.
Publikacje:
1. J. Janik, W. Hreczuch, A. Chruściel, K. Czaja, H. Wojdyła, Postęp w polioksypropylenowaniu alkoholi, Przem. Chem.,
92, 235 – 238, 2013 (IF = 0,344).
2. A. Chruściel, W. Hreczuch, J. Janik, K. Czaja, K. Dziubek, Z. Flisak, A. Swinarew, Characterization of a double metal cyanide (DMC) type catalyst in the polyoxypropylation process. Effects of the catalyst concentration, Ind. Eng. Chem.
Res. 53, 6636−6646, 2014 (IF = 2,206).
3. 4 publikacje naukowe w materiałach zjazdowych konferencji International Conference on Surfactant & Detergent,
Shanghai, China, 10–12.04.2014.
Konferencje:
1. Komunikat ustny na VII Kongresie Technologii Chemicznej, Kraków, 8–12.07.2012.
2. Prezentacja posterowa podczas konferencji Chemiczny ring – Potencjał współpracy w obszarze B+R w regionie Opolszczyzny, Kędzierzyn-Koźle, 25.01.2013.
3. 1 komunikat ustny oraz 2 prezentacje posterowe podczas 55 Konwersatorium Krystalograficznego, Wrocław,
27–29.06.2013.
4. 1 komunikat ustny oraz 2 prezentacje posterowe na X Krajowym Seminarium Użytkowników Promieniowania Synchrotronowego, Stalowa Wola, 9–10.09.2013.
5. Udział w sesji posterowej na 56 zjeździe PTChem i SITPChem, Siedlce 16–20.09. 2013.
6. Komunikat ustny podczas IX Targów Wiedzy Technologicznej, Opole 24–25.10.2013.
7.1 komunikat ustny oraz 3 prezentacje posterowe na International Conference on Surfactant & Detergent, Shanghai, China, 10–12.04.2014.
67
Chemia
dr hab. inż. Rudolf Słota
Ftalocyjaniny jako aktywatory procesu utleniania związków siarki
Ftalocyjaniny to makroheterocykliczne związki chemiczne będące strukturalnymi analogami porfiryny.
Nieorganiczne i organiczne związki siarki zawarte w surowcach czy będące produktami ubocznymi w procesach przemysłowych, często stanowią
poważny problem technologiczny, stąd badania nad możliwością ich skutecznego usuwania są bardzo ważne. Bada się ich utlenianie w różnych
warunkach, przy czym najważniejsze prace dotyczą procesów katalizowanych. Z literatury wynika, że aktywnymi katalizatorami w takich reakcjach
mgr Maria Galbas
są ftalocyjaniny, co potwierdziły prace badawcze prowadzone na Wydziale
IV rok studiów
Chemii Uniwersytetu Opolskiego [1-4].
Głównym celem mojej pracy doktorskiej jest zbadanie efektywności różnych
ftalocyjanin jako aktywatorów reakcji utleniania siarki nieorganicznej i organicznej, poznanie mechanizmu tych procesów oraz określenie warunków stosowalności ftalocyjanin, zwłaszcza
w procesie fotochemicznym. Badania mają charakter kompleksowy i obejmują następujące zagadnienia: synteza
i badania fizykochemiczne kompleksów ftalocyjaniny oraz nanokrystalicznego TiO2 (anataz), aktywność chemiczna i fotochemiczna, kinetyka fotoutleniania wybranych związków siarki, kataliza homo- i heterogeniczna z użyciem fotokatalizatorów hybrydowych nowej generacji typu TiO2-ftalocyjanina, wykonanie modelu fotoreaktora.
Wyniki pracy umożliwią opracowanie nowoczesnych katalizatorów o dużej efektywności w procesach (foto)oksydacji związków siarki i innych substratów chemicznych. Mogą one być stosowane w rafineriach i przemyśle
paliw do oczyszczania surowców z siarki; w przemyśle chemicznym do syntezy substancji otrzymywanych na
drodze utleniania; w ochronie środowiska do usuwania związków siarki i fenoli z naturalnych zasobów wodnych
oraz ścieków komunalnych; do monitorowania i eliminowania SO2 w instalacjach przemysłowych; do usuwania
H2S w systemach do wytwarzania biopaliw.
68
Przykłady struktur molekularnych metaloftalocyjanin: (a) CoPc, (b) PbPc, (c) Tl2Pc, (d) NdPc2, (e) Pp-Nd-Pc-Nd-Pp
(układ heteroleptyczny z porfiryną)
Zsyntezowałam kompleksy ftalocyjaniny z lantanowcami, z podstawnikami pentadecylofenoksylowymi; zostały
one gruntownie zbadane metodami instrumentalnymi (spektroskopia: UV-Vis-NIR, fluorymetria, FTIR oraz MSMALDI TOF; EA, DSC, TGA); zbadana została ich aktywność i stabilność fotochemiczna [5]. Otrzymałam nanokrystaliczny TiO2 (anataz), zbadałam jego strukturę oraz morfologię ziaren (XRD, SEM) [4]. Do badań kinetyki
reakcji fotooksydacji opracowałam nową metodę analizy ilościowej związków siarki. Ustaliłam warunki impregnacji powierzchniowej TiO2 i otrzymałam fotokatalizatory hybrydowe typu TiO2 -LnPc2 (Ln - jon lantanowca, Pc
- ftalocyjanina). Zbadałam ich aktywność w reakcji fotoutleniania Na2SO3 w fazie wodnej; w tym celu został wykonany mikro-fotoreaktor z osprzętem światłowodowym, umożliwiający wykorzystanie różnych źródeł światła
(lamp UV i ksenonowych, laserów). Stwierdzono dobrą skuteczność badanych katalizatorów, znacznie większą
szybkość i wydajność procesu utleniania Na2SO3 niż dla samego TiO2. Najbardziej aktywny był katalizator zawierający kompleks z Yb. Badane fotokatalizatory powinny być podobnie skuteczne w reakcji utleniania innych
związków siarki oraz innych substancji chemicznych.
1. A. Banaszczyk, M. Galbas, G. Dyrda, R. Słota, XLVI Ogólnopolskie Kolokwium Katalityczne, Kraków 19-21.03.2014.
2. G. Dyrda, M. Galbas, R. Słota, K. Szczegot, XLV Ogólnopolskie Kolokwium Katalityczne, Kraków 13-15.03.2013.
3. M. Galbas, J. Nackiewicz, R. Słota, K. Szczegot, M. Twardoch, Chemiczny ring – Potencjał współpracy w obszarze B +R
w regionie Opolszczyzny”, Kędzierzyn-Koźle 25. 01. 2013.
Literatura:
1. R. Słota, G. Dyrda, K. Szczegot, G. Mele, I. Pio, Photoch. Photobio. Sci., 2011, 10, 361-366.
2. R.Słota, G. Dyrda, K. Szczegot, Catal. Lett., 2008, 126, 247-252.
3. G. Marcì, E. García-López, G. Mele, L. Palmisano, G. Dyrda, R. Słota, Catal. Today, 2009, 143, 203 – 210.
4. R. Słota, G. Dyrda, M. Galbas, G. Mele, CHEMIK, 2014, 68, 4.
5. R. Słota, G. Dyrda, M. Hofer, G. Mele, E. Bloise, R. del Sole, Molecules, 2012, 17, 10738-10753.
69
Chemia
prof. dr hab. inż.
Janusz Trawczyński
Nowoczesne metody wodorowe otrzymywania wysokojakościowego
biosubstytutu oleju napędowego z olejów roślinnych
Celem projektu jest opracowanie metody wytwarzania frakcji parafinowej
o wysokiej liczbie (indeksie) cetanowej oraz niskiej temperaturze krzepnięcia z olejów roślinnych. Wynikiem realizacji projektu będzie przygotowanie
danych (katalizatory, warunki procesu, właściwości użytkowe produktu)
niezbędnych dla opracowania technologii produkcji z olejów roślinnych wysokojakościowego komponentu oleju napędowego.
Metoda zakłada dwuetapową konwersję trójglicerydów do parafin prostołańcuchowych, a następnie hydroizomeryzację do węglowodorów rozgałęzionych. Do procesu hydroizomeryzacji opracowano bifunkcjonalny
katalizator oraz określono jego właściwości fizykochemiczne. Określono
również wpływ parametrów procesu (ciśnienie wodoru, temperatura procesu, szybkość podawania surowca, przepływ wodoru, zawrót nieprzereagowanego surowca do procesu) na skład produktu oraz ustalenie optymalnych warunków procesu.
mgr inż. Jan Wójcik
V rok studiów
Projekt oferuje możliwość produkcji substytutu (komponentu) oleju napędowego oraz paliw lotniczych JET-A1.
Obecnie biodiesel jest produkowany na światową skalę z oleju rzepakowego na drodze transestryfikacji, jednakże z powodu spożywczego charakteru (oraz ograniczenia tej technologii jedynie do oleju rzepakowego)
będą stopniowo wycofywane. Obecnie rozwijane są nowe technologie pozyskiwania bioolejów z alg jak również widoczne są znaczne postępy w kierunku upraw nowych gatunków roślin oleistych (np. jatrofa, lnianka)
na gruntach uznawanych za nieurodzajne.
70
Nowatorskim podejściem jest opracowanie katalizatora bifunkcyjnego o funkcji uwadarniająco - odwadarniającej pochodzącej od fazy aktywnej (metale szlachetne) oraz funkcji krakującej pochodzącej od kwaśnego nośnika. Uniwersalność tego systemu pozwala również na stosowanie dowolnego oleju roślinnego, ich mieszaniny,
wolnych kwasów tłuszczowych oraz przewiduje możliwość wykorzystania odpadowych tłuszczy zwierzęcych
lub innych surowców odpadowych.
Planowana technologia jest dedykowana do dużych zakładów chemicznych, w szczególności w pobliżu źródeł
wodoru. Technologia może być wbudowana w istniejącą infrastrukturę techniczną. Z powodu wysokich nakładów
inwestycyjnych proces oraz katalizator powinny zostać przebadane pilotażowo oraz objęte ochroną patentową.
W ramach przeprowadzonych dotychczas prac stwierdzono, że wydajność I-szego etapu przebiega z wydajnością
bliską teoretycznej (~89% m/m w stosunku do wsadowego oleju rzepakowego). Badania nad procesem hydroizomeryzacji wykazały, że możliwe jest przegrupowanie szkieletu węglowodorowego do izomerów rozgałęzionych.
Uzyskano konwersję na poziomie 40% oraz selektywność do węglowodorów rozgałęzionych na poziomie 80%.
Publikacje w czasopismach:
1. Jan Wójcik, Julia Hawranke: Badania możliwości zastosowania frakcji parafinowej pochodzenia roślinnego jako potencjalnego substytutu oleju parafinowego mineralnego (paraffinum liquidum) w formulacjach kosmetycznych;
Przemysł Chemiczny, 7 2013, T. 92, 1251-1256.
Prezentacje na konferencjach oraz publikacje w materiałach koferencyjnych:
1. Jan Wójcik, Julia Hawranke: Badania możliwości zastosowania frakcji parafinowej pochodzenia roślinnego jako potencjalnego substytutu oleju parafinowego mineralnego (paraffinum liquidum) w formulacjach kosmetycznych; PTChem, Siedlce16-20 IX.2013r.
2. Jan Wójcik, Rafał Łużny, Janusz Trawczyński Nowoczesna metoda otrzymywania następnej generacji biooleju napędowego na drodze procesów wodorowych; materiały konferencyjne z konferencji Techem 7 Uniwersytet Jagielloński – Kraków 8-12 VII 2012r.
3. Jan Wójcik, Rafał Łużny, Janusz Trawczyński: Hydroprocessing of Vegetable Oil to diesel-range hydrocarbons; International Group of Research (V GDRI), Catalysis for polluting emissions aftertreatment and production of renewable
energies, Kazimierz Dolny 10-12 IX 2012.
Literatura:
1. Hydroconversion of n-dodecane over Pt/SAPO-11 catalyst; .M. Campelo; AppliedCatalysisA:General170(1998)139±144.
2. Influence of the zeolite structure and acidity on the hydroisomerization ofn-heptane A. Patrigeon et al.; Catalysis
Today 65 (2001) 149–155.
3. J. A. Arroyo: Hydrocracking and isomerization of n-paraffin mixtures and a hydrotreated gasoil on Pt/ZSM-22: confirmation of pore mouth and key–lock catalysis in liquid phase; Volume: 192, Issue: 1, February 4, 2000, pp. 9-22.
71
Chemia
dr hab. Barbara Trzebicka,
prof. PAN
Micelizacja kationowych amidoaminowych surfaktantów gemini
i jej wykorzystanie do solubilizacji substancji hydrofobowych
Związki powierzchniowo czynne (ZPC) to jedna z najszerzej stosowanych grup
związków chemicznych. Ich istotną cechą jest zdolność do tworzenia zagregowanych struktur w roztworach wodnych (miceli), we wnętrzu których mogą być
umieszczone cząsteczki związku nierozpuszczalnego w wodzie (solubilizacja).
Trwają badania nad otrzymywaniem nowych, efektywniejszych surfaktantów tzw. surfaktantów gemini, które można by stosować w mniejszych
stężeniach, co ma duże znaczenie ekonomiczne i ekologiczne. Ciekawym
mgr inż. Julia Hawranke
rozwiązaniem byłoby wdrożenie do praktycznego stosowania grupy surII rok studiów
faktantów charakteryzującej się lepszymi właściwościami powierzchniowymi. Obecnie w ośrodkach na całym świecie otrzymuje się wiele tego typu
struktur, a ich zachowania w roztworze i sposoby agregacji są intensywnie
badane, szczególnie dla surfaktantów gemini będących pochodnymi amido-amin (rysunek). Poznanie sposobów micelizacji takich surfaktantów w roztworach i ich efektywności w procesach solubilizacji związków hydrofobowych dostarczy informacji niezbędnych do określenia obszarów ich zastosowania, szczególnie przydatności jako solubilizatorów i emulgatorów. Celem naukowym pracy jest opisanie
sposobów micelizacji serii amidoaminowych surfaktantów gemini w roztworach wodnych i określenie wpływu
struktury związków na micelizację. Celem aplikacyjnym jest zaproponowanie obszarów zastosowania dla nowych
surfaktantów, przede wszystkim jako środków solubilizujących i emulgujących związki hydrofobowe w wodzie.
Częścią przemysłu chemicznego, istotnego elementu gospodarki województwa opolskiego, jest sektor związków powierzchniowo czynnych i produktów na nich opartych – wyrobach chemii gospodarczej i wszelkiego
rodzaju przemysłowych płynach technologicznych. Sektor ten ma ogromny potencjał w regionie i powinien być
72
ciągle rozwijany przez wdrażanie nowych innowacyjnych rozwiązań, których
istotnym elementem jest stosowanie nowych, wydajniejszych surfaktantów.
Badania micelizacji stanowią punkt wyjścia do badań stosowanych – badań
solubilizacji i sporządzania gotowych mieszanin technologicznych. Wyniki
badań mogą znaleźć zastosowanie wszędzie tam, gdzie istnieje możliwość
zmniejszenia stężenia stosowanych ZPC, szczególnie we wszystkich mocno
rozcieńczonych emulsyjnych i mikroemulsyjnych układach wodnych, takich
jak ciecze technologiczne: hydrauliczne i obróbkowe. Przykładem może być
również zastosowanie nowych surfaktantów jako środków pomocniczych
w kurtynach wodnych rozpylanych w kopalniach węgla kamiennego jako
mgła zwalczająca zapylenie, gdzie nie tylko obniżą one efektywnie napięcie
powierzchniowe wody, ale również zemulgują niebezpieczny dla zdrowia
i życia górników pył węglowy. Innym przykładem użyteczności nowych surfaktantów jest ich stosowanie w mocno rozcieńczonych wodnych płynach
szczelinujących używanych przy wydobyciu gazu łupkowego – takie produkty oferowane są jedynie przez zachodnie koncerny naftowe.
Struktura badanych surfaktantów
gemini, s = 3-12; m =13, 15
Dotychczas otrzymano dwie serie amidoaminowych surfaktantów gemini, wyznaczono ich właściwości powierzchniowe i rozpoczęto badania procesu micelizacji. Dotychczas została wydana publikacja przeglądowa,
a wyniki badań stosowanych zostały zaprezentowane na konferencjach nie tylko typowo naukowych, ale również skierowanych do przedstawicieli przemysłu.
Publikacje:
1. B. Trzebicka, A. Dworak, J. Hawranke, E. Kuliszewska, Z. Hordyjewicz-Baran „Micellization of gemini surfactants in
aqueous solutions”; w: “Micelles: Structural Biochemistry, Formation and Function & Usage”, pod red. Danielle Bradburn, Tom Bittinger; New York, Nova Science Publishers, Inc., 2014 str. 79-226.
1. J. Hawranke, B. Dejnega, H. Mitka; prezentacja pt. „Surfaktanty gemini jako nowoczesne składniki trudnopalnych cieczy hydraulicznych dla górnictwa”, VII Konferencja „Teoretyczne i praktyczne aspekty stosowania środków smarnych
i eksploatacyjnych w górnictwie”, Ustroń, 24-26 IV 2013.
2. J. Hawranke, B. Dejnega, H. Mitka, prezentacja pt. „Postęp w dziedzinie trudnopalnych cieczy hydraulicznych dla górnictwa” VIII Konferencja „Teoretyczne i praktyczne aspekty stosowania środków smarnych I eksploatacyjnych w górnictwie”, Ustroń, 23-25 IV 2014.
3. J. Hawranke, Z. Hordyjewicz-Baran, A. Cegielska, E. Kuliszewska, B. Trzebicka, „Aggregation properties of amidoamine
Gemini surfactants”, 20th International Symposium on Surfactants in Solutions, 22-27. 06. 2014, Coimbra, Portugalia.
4. J. Hawranke, A. Cegielska, Z. Hordyjewicz-Baran, E. Kuliszewska, B. Trzebicka, „Spacer chain effect on aggregation
properties of amidoamine gemini surfactants”, Konferencja Polymat 60, 30 VI-1 VII 2014, Zabrze.
73
Chemia
prof. dr hab. inż. Jerzy Wasilewski
Eksperymentalne i kwantowochemiczne studia reakcji
kondensacji wybranych związków karbonylowych
z hydroksyarenami w środowisku kwaśnych cieczy jonowych
Celem pracy doktorskiej jest znalezienie dogodnych warunków do otrzymywania bisfenolowych estrów z wykorzystaniem cieczy jonowych mających pełnić dwojaką rolę: medium reakcyjnego oraz katalizatora. Istotne
jest bowiem zarówno poszukiwanie nowych, mniej szkodliwych typów
katalizatorów, jak i obniżenie temperatury czy skrócenie czasu reakcji, co
z kolei jest korzystne z ekonomicznego punktu widzenia. W badaniach tych
nowatorskim elementem jest zastosowanie metod chemii kwantowej do
prognozowania przebiegu reakcji, co w praktyce pozwala później zaoszczędzić czas i drogie odczynniki przy preliminarnych testach.
mgr Ewa Dresler
III rok studiów
Kwasy bis (hydroksyfenylo) alkilokarboksylowe, bądź ich estry coraz częściej zastępują powszechnie znany i stosowany w chemii tworzyw sztucznych Bisfenol-A, który nie jest obojętny dla zdrowia człowieka [1]. Bisfenole
otrzymane w kondensacji fenoli z ketokwasami lub ich estrami służą do otrzymywania poliestrów, polieterów,
polisulfonów, poliwęglanów i żywic epoksydowych [2]. Wpływają one na polepszenie wielu parametrów otrzymywanych na ich bazie tworzyw oraz dzięki grupie karboksylowej mogą pełnić równocześnie rolę związku
sieciującego i środka spieniającego. Tak szerokie zastosowanie bisfenoli powoduje, że podejmowane są próby
opracowywania coraz wydajniejszych i zarazem przyjaznych środowisku, metod ich otrzymywania.
Podobnie jak w przypadku Bisfenolu-A w Polsce nie ma zakładów produkujących bisfenolowe kwasy i estry.
Opracowanie tej technologii mogłoby zachęcić firmy z naszego regionu, które miały doświadczenie w produkcji Bisfenolu-A, jak i inne, do uruchomienia małotonażowej produkcji bisfenoli, stosowanych do otrzymywania
tworzyw o specyficznych właściwościach.
74
Przeprowadzone badania potwierdziły, że zastosowanie cieczy jonowych do kondensacji fenolu z ketoestrami
umożliwia otrzymanie liniowego estru bisfenolowego z dobrą wydajnością. Wykazano, iż skład mieszaniny poreakcyjnej zależy od warunków, w jakich przebiega reakcja: temperatura, obecność lub nieobecność medium
reakcyjnego oraz jego polarność, czas reakcji, typ katalizatora. Szereg istotnych obserwacji empirycznych udało
się zinterpretować na gruncie obliczeń kwantowochemicznych. Dane te pozwalają stawiać wnioski o charakterze ogólnym i w sposób racjonalny projektować syntezy.
Publikacje:
1. E. Nowakowska-Bogdan, E. Dresler; Reakcje kondensacji fenoli z pirogronianem metylu w środowisku kwaśnej chloroglinianowej 1-n-butylo-3-metyloimidazoliowej cieczy jonowej; Przem. Chem. 2013, 92, 10, 1868.
2. Ewa Dresler, E. Nowakowska-Bogdan, R. Kulesza, R. Jasiński; Wpływ temperatury i polarności środowiska na termodynamiczną równowagę procesu wewnątrzcząsteczkowej transestryfikacji 4- (4-hydroksyfenylo) -4- (2-hydroksyfenylo) -pentanianu etylu; Przem. Chem. 2013, 92, 10, 1876.
1. E. Dresler; Badania nad wykorzystaniem cieczy jonowych do reakcji kondensacji fenoli z ketoestrami – VIII Targi Wiedzy Technologicznej, Opole 13–14.12.2012r.; referat.
2. E. Dresler, E. Nowakowska-Bogdan; Reakcje kondensacji fenoli z ketoestrami w środowisku cieczy jonowych; VIII Sympozjum Czwartorzędowe sole amoniowe i obszary ich zastosowania nt: „Ciecze jonowe – od syntezy przez właściwości do aplikacji”, Poznań 01–03.07.2013r.; poster.
3. E. Dresler, E. Nowakowska-Bogdan; Reakcje kondensacji fenoli z pirogronianem metylu w środowisku kwaśnej cieczy jonowej; IX Targi Wiedzy Technologicznej, Opole 24–25.10.2013r.; poster.
4. E. Dresler, E. Nowakowska-Bogdan, R. Jasiński; Influence of polarity solvents on the regioselectivity of reaction between selected ketoesters and phenol; XVI Międzynarodowe Sympozjum “Postępy w Chemii Połączeń Heteroorganicznych”, Łódź 15.11.2013r.; poster.
5. E. Dresler, E. Nowakowska-Bogdan, R. Jasiński; Wpływ struktury cieczy jonowej na wydajność i selektywność reakcji
kondensacji fenoli z ketoestrami; II Łódzkie Sympozjum Doktorantów Chemii; Łódź 07–08.05.2014r.; poster.
Literatura:
1. C.S. Watson, Y. J. Jeng, J. Guptarak, J. Steroid, Biochem. Mol. Biol. 2011 s. 44.
2. C. Peng, J. Wu, J. Liu, L. Qiu, X. Liu, S. Bo, Z. Zhen, Polym. Chem. 2013, s. 2703.
75
Fizyka
dr hab. Kazimierz Biedrzycki,
prof. UO
Wyładowania barierowe z barierą z materiału
ferroelektrycznego o dużej przenikalności dielektrycznej
Prowadzone badania mają na celu dokładne zapoznanie się z właściwościami wyładowań barierowych wytwarzanych przy asymetrycznym układzie elektrod, gdzie jedna z nich oddzielona jest od obszaru wyładowań
warstwą bariery w postaci materiału ferroelektrycznego o dużej wartości
przenikalności dielektrycznej. Wybór materiału z którego wykonana jest
bariera spowodowany był faktem, że większość badań z wyładowaniami
barierowymi prowadzone jest z wykorzystaniem materiałów o małej wartości przenikalności.
mgr Andrzej Brosławski
II rok studiów
Zarówno wyładowania barierowe jak i materiały ferroelektryczne wykorzystywane przy ich badaniu znajdują
wiele zastosowań w różnych dziedzinach życia, od medycyny gdzie pociągnęły za sobą rozwój nowej gałęzi tej
dziedziny (medycynę plazmy – plazma wytworzona przy pomocy wyładowań barierowych pomaga w procesie
odkażania), przez przemysł elektroniczny (telewizory plazmowe itp.) aż po oczyszczanie wód czy powietrza przy
pomocy ozonu (oprócz plazmy produktem wyładowań jest także promieniowanie ultrafioletowe, które z kolei
wykorzystywane jest przy produkcji ozonu na skalę przemysłową). Liczne zastosowania oraz niewielkie koszty
produkcji wyładowań barierowych pozwolą na rozwój różnych gałęzi przemysłu (i nie tylko), gdzie możliwe będzie zastąpienie starszych technologii nowocześniejszymi i tańszymi. Niskie koszty mogą zachęcić małych przedsiębiorców do współpracy z uczelniami i uzyskanie często brakującego zaplecza technicznego, co z kolei może
pozwolić na rozwój młodych naukowców we współpracy z przedsiębiorstwami. Dodatkową zaletą jest bariera
ceramiczna na bazie BaTiO3 (tytanian baru), która w przeciwieństwie do popularnego i szeroko stosowanego PZT
(cyrkonia-tytatnian ołowiu) i rodziny ferroelektryków ołowiowych nie zawiera szkodliwego dla środowiska ołowiu.
76
Pierwszym krokiem był zakup brakujących elementów układu zasilającego, a także wymiana niektórych części
układu próżniowego, dzięki czemu możliwe było realizowanie planowanych badań. Przeprowadzone zostały
pomiary napięć, natężeń prądu oraz natężeń impulsów świetlnych dla kilkunastu różnych wartości ciśnienia
panującego w komorze pomiarowej. Dzięki temu możliwe było wykreślenie krzywej Paschena [czyli zależności pomiędzy napięciem przebicia a iloczynem ciśnienia (p) i odległości pomiędzy elektrodami (d)] dla układu
i znalezienie pożądanego obszaru minimum tej krzywej. Wyładowania prowadzone dla takich parametrów iloczynu pd, które odpowiadają minimum krzywej Paschena wymagają efektywnie najmniejszego wkładu energii. Jako ilościowego parametru diagnostycznego używano parametrów pętli ładunkowo – napięciowych (ładunek przepolaryzowania, napięcia przebicia – efektywne pole koercji, energia w okresie – pole powierzchni
pętli). Dodatkowo badane były przebiegi pojedynczych impulsów prądowych oraz impulsów świetlnych, a także
podjęta została próba analizy statystycznej tych impulsów przy stałej wartości napięcia dla wybranych wartości
ciśnienia znajdujących się w pobliżu minimum krzywej Paschena dla różnych konfiguracji układu pomiarowego. Część zebranych i opracowanych wyników została pokazana na konferencji “13-th International Meeting on
Ferroelectricity”, która odbyła się w Krakowie w dniach 02–06 września 2013, gdzie zaprezentowany został plakat pod tytułem “Current and Light Pulse Characteristics of Dielectric Barrier Discharges Generated with BaTiO3
Ceramic-Metal Electrodes”. Abstrakt przedstawionego plakatu zamieszczony został w książce abstraktów tej
konferencji. Planowana jest także publikacja na podstawie wykonanych pomiarów oraz opracowanych wyników.
Literatura:
1. U. Kogelschatz, Dielectric-barrier discharges: Their history, discharge physics, and industrial applications, Plasma
Chem. and Plasma Process., 23 (1) 2003, s. 1–46.
2. J.P. Boeuf, Plasma display panels: Physics, recent developments and key issues, J. Phys. D: Appl. Phys. 36 (6) 2003, s. 53–79.
3. H. W. Janus, Diagnostyka wyładowań elektrycznych w układach z barierą dielektryczną o dużej wartości przenikalności dielektrycznej, Wydawnictwo Uniwersytetu Opolskiego, Opole 2011.
77
Fizyka
dr hab. Ryszard Piasecki
Charakterystyka niejednorodności materiałów wielofazowych
oraz modelowanie ich właściwości efektywnych
Celem pracy doktorskiej jest opracowanie modelu dla wielofazowych układów losowych i skorelowanie wieloskalowych cech mikrostrukturalnych
z mierzalnymi własnościami makroskopowymi w oparciu o proste modele
stosujące przybliżenie pola efektywnego. Dla celów modelowania procesów
transportu, za pomocą symulacji Monte Carlo, będą również badane możliwości rekonstrukcji w sensie statystycznym kompozytów zdyspergowanych.
mgr Daniel Frączek
Przykładowe materiały analizowane to kompozyty na bazie polimeru z różII rok studiów
nymi napełniaczami (nieorganicznymi/organicznymi) przygotowywane odmiennymi metodami. Proponowana metoda badawcza dostarcza innowacyjnych, precyzyjnych narzędzi do ilościowej charakterystyki typowego dla
nanokompozytów zjawiska występowania nierównomiernego rozkładu przestrzennego napełniacza i jego skłonności do agregacji, co stwarza potencjalne możliwości pokonania tych trudności
w produkcji tych materiałów przez przedsiębiorstwa oraz w sposób naturalny wzmacnia ich powiązania z uczelnią.
Na podstawie fotografii cyfrowych powierzchni próbki (lub przekrojów), można przeprowadzić analizę ilościową niejednorodności przestrzennej w zależności od skali długości za pomocą deskryptorów fazowych otrzymanych poprzez rozszczepienie wielofazowego deskryptora entropowego.
Dotychczas, dysponując fotografiami cyfrowymi kilku przekrojów materiału (zawierającym przykładowo informacje o rozmieszczeniu poszczególnych składników, lub ich kształcie, izotropii/anizotropii ułożenia, grubości
warstwy materiału, kształtu jego powierzchni, …) trudno było obiektywnie porównać stopień ich niejednorodności. Porównanie takie odbywało się głównie w sposób subiektywny. Wyniki jakościowe takiej oceny – poza
78
nielicznymi przypadkami, w których rozpatrywane cechy materiału są mocno zróżnicowane – zaburzone były
czynnikiem ludzkim (subiektywna spostrzegawczość obserwatora, jego indywidualne doświadczenie), co mogło prowadzić do niejednoznacznych wyników.
Wypracowanie w trakcie badań innowacyjnej metodologii, rozwinięcie istniejących teorii, modeli oraz programów nie tylko umożliwia obiektywne porównywanie ilościowe stopnia niejednorodności analizowanych cech
materiału/układu wielofazowego nawet w przypadkach bardzo problematycznych, ale pozwala także na przyporządkowanie im bezwzględnych, konkretnych wartości.
Pożądanym wynikiem praktycznym byłoby zastosowane wypracowanej metodologii do optymalizacji procesu
produkcji polimerów z napełniaczami oraz wskazanie etapów produkcji kluczowych ze względu na pożądane
cechy mikrostrukturalne otrzymywanych materiałów.
Do dotychczasowych efektów badań zaliczyć należy rozbudowanie istniejącej teorii, powstanie aplikacji wykorzystujących anizotropowe deskryptory fazowe pozwalającej na ilościową analizę stopnia niejednorodności
oraz anizotropii kompozytów wielofazowych, przetestowanie stopnia korelacji fazowego deskryptora niejednorodności i zmodyfikowanego indeksu niejednostajności, stworzenie prototypowego narzędzia umożliwiającego trójwymiarową rekonstrukcję powierzchni próbki kompozytowej metodą bezkontaktową z użyciem mono-okularowego mikroskopu optycznego oraz deskryptorów entropowych izotropowych lub anizotropowych.
Publikacje:
1. D. Frączek, R. Piasecki, „Decomposable multiphase entropic descriptor”, Physica A 399, 75–81 (2014).
Konferencje:
1. D. Frączek, „Analiza niejednorodności materiałów za pomocą deskryptorów entropowych”, Seminarium „Chemiczny ring”, Kędzierzyn – Koźle, 25.01.2013.
2. D. Frączek, „Correlated behaviour of non-uniformity index and inhomogeneity entropic descriptor for aggregates in
multiphase materials”, XIX OISPCS, Częstochowa, June 12–15, 2013 (konf. międzynarodowa).
3. D. Frączek, R. Piasecki, W. Olchawa, “THE INHOMOGENEITY PHASE DESCRIPTOR AND NON-UNIFORMITY INDEX FOR
DIFFERENT BOUNDARY CONDITIONS”, Applied Mathematics and Mathematical Methods in Physics, Wydział Fizyki
Technicznej i Matematyki Stosowanej Politechniki Gdańskiej, 12–14 grudnia 2013 (konf. międzynarodowa).
79
Biologia
dr hab. inż. Teresa Krzyśko-Łupicka,
prof. UO
Próba określenia nowych możliwości zagospodarowania osadów
ściekowych z zakładu produkcyjnego nr 3 firmy „Nutrogenica”–
analiza fizyko-chemiczna i biologiczna osadów ściekowych
Opracowanie nowych metod zagospodarowania osadów ściekowych z zakładu produkcyjnego nr 3 firmy „Nutrogenica” z siedzibą w Białej k/Prudnika
z wykorzystaniem mikroflory autochtonicznej i/lub biopreparatów. Ocena
składu jakościowego i ilościowego mikroflory autochtonicznej i potencjalnie chorobotwórczej oraz fizykochemicznych parametrów jakości osadu.
mgr inż. Katarzyna Błaszczyk
II rok studiów
Osady ściekowe szacunkowo stanowią około 2% ogółu ścieków trafiających do oczyszczalni. Wybór metod ich
zagospodarowania zależy od wielu czynników. Do najważniejszych należą: zawartość metali ciężkich, wartość
i stosunek pierwiastków nawozowych, zawartość toksycznych związków refrakcyjnych i mineralnych, właściwości sedymentacyjne oraz parametry higieniczno– sanitarne. Przy nieodpowiednim składowaniu lub przetwarzaniu osady ściekowe mogą być źródłem zanieczyszczeń środowiska przez mikroorganizmy chorobotwórcze
oraz ich formy przetrwalnikowe. Przeróbka osadów powinna być prowadzona w sposób chroniący pracowników i środowisko przed zagrożeniem sanitarnym szczególnie, gdy odwadniany jest osad niehigienizowany.
Rygorystyczne kryteria związane z przyrodniczym użytkowaniem osadów ściekowych wpłynęły na zainteresowanie innowacyjnymi technologiami zagospodarowania tych odpadów, które pozwalają równocześnie na
inaktywację mikroorganizmów stwarzających zagrożenie dla środowiska i ludzi.
Realizowany temat badawczy jest perspektywiczny i ma znaczenie praktyczne. Został on skonsultowany z dyrektorem oraz kierownikiem działu technologicznego zakładu produkcyjnego nr 3 „Nutrogenica” z siedzibą w Białej
k. Prudnika. Ze względu na wprowadzone od 1 stycznia 2013 do prawa polskiego akty prawne zakazujące rolniczego
80
wykorzystywania osadów ściekowych bez odpowiedniego przygotowania, nadmiarowe osady ściekowe stanowią istotny problem ekologiczny, także w w/w zakładzie. Zgodnie z Ustawą o odpadach z dnia 27 kwietnia 2001 r.
osady te stanowią odpad kategorii Q9 (Zał. nr 1 ustawy), trudny do utylizacji, gdyż jego skład zależny jest od sezonowości wytwarzania produktów spożywczych. Jednak składowanie lub spalanie odpadu jest marnotrawstwem,
a budowanie spalarni osadów jest drogie i w wielu przypadkach nadal pozostaje tylko w planach zagospodarowania odpadów ściekowych. Naglącym problemem staje się znalezienie nowych rozwiązań technologicznych.
Projekt ma na celu opracowanie nowych metod utylizacji osadów ściekowych z zastosowaniem mikroflory autochtonicznej i/lub biopreparatów handlowych. Znalezienie nowych zastosowań osadu stanowiącego bogactwo
biologiczne jest zadaniem trudnym. Przed opracowaniem nowych metod zagospodarowania należy przeprowadzić liczne badania fizyko-chemiczne oraz gruntowną analizę mikrobiologiczną.
Dotychczas przeprowadzono badania fizyko-chemiczne i mikrobiologiczne osadów ściekowych w okresie jesienno-zimowym oraz wiosenno-letnim. Ilościowo-jakościowe badania mikrobiologiczne wykazały obecność
bakterii psychro- i mezofilnych oraz potencjalnie chorobotwórczych. Wyodrębniono czyste szczepy bakterii oraz
przeprowadzono ich wstępną identyfikację (różnicowanie metodą barwienia Grama testami biochemicznymi).
Obecnie trwają badania pod kątem antybiotykoodporności szczepów występujących w osadach ściekowych.
Publikacje:
1. Błaszczyk K., Krzyśko-Łupicka T. Microbiological and physico-chemical composition of sewage sludge derived from
the food industry. Chem Didact. Ecol. Metrol. 2013, 18, (1-2), 89-95.
2. Błaszczyk K., Krzyśko-Łupicka T. Microbial diversity of sewage sludge. Proccedins EcoOpole, 2013, 7 (2), 461-466. DOI:
10.2429/proc.2013.7 (2)059.
Udział w konferencjach, warsztatach, sympozjach:
1. Błaszczyk K., Krzyśko-Łupicka T.„Skład mikrobiologiczny i fizyko-chemiczny osadów ściekowych pochodzących z przemysłu
spożywczego”, XVIII Konferencja Metrologia –Ekologia- Dydaktyka MED’13, Běla pod Pradědem 30.V-01.VI.2013r. – referat.
2. Błaszczyk K., Krzyśko-Łupicka T. „Microbial diversity of sewage sludge”- przedstawiono poster na Środkowoeuropejskiej Konferencji ECOpole, Jarnołtówek, 23-26.X.2013.
Poszukiwanie ekologicznych preparatów hamujących rozwój
mikroflory w zakładach przemysłu spożywczego
Celem badań jest ocena możliwości użycia preparatów ekologicznych
do ograniczenia rozwoju grzybów strzępkowych w wybranych pomieszczeniach zakładów produkcji spożywczej na terenie Opolszczyzny.
mgr Magdalena Koszałkowska
I rok studiów
W branży spożywczej od producentów coraz częściej wymaga się wdrożenia sprawnych systemów zarządzania jakością opartych na wyznaczaniu
krytycznych punktów kontroli (HACCP), czy dobrej praktyce produkcyjnej
(GMP). Potwierdzeniem sprawności wprowadzonego systemu są dla producenta certyfikaty ISO 2200, IFS czy
BRC. Zarówno norma ISO 2200 jak i kodeks dobrej praktyki produkcyjnej podkreślają, że oprócz szeregu kryteriów jakie powinien spełnić zakład produkcyjny, gwarancją wysokiej jakości i bezpieczeństwa żywności jest
81
zachowanie czystości mikrobiologicznej pomieszczeń produkcyjnych. Kontrola niebezpiecznych zanieczyszczeń mikrobiologicznych w zakładzie przemysłu spożywczego jest niezbędna, stąd mycie i dezynfekcja stają
się jednymi z najważniejszych procesów towarzyszących produkcji żywności. Wartości referencyjne dla mikrobiologicznego zanieczyszczenia środowiska produkcji ujęte w aktach prawnych, w warunkach rzeczywistych są
trudne do osiągnięcia nawet przy stosowaniu ogólnie znanych (dopuszczalnych dla przemysły spożywczego)
środków dezynfekcyjnych. Innowacyjne rozwiązanie może stanowić wykorzystanie preparatów przyjaznych
środowisku. Wymaga to jednak gruntownych badań obejmujących analizę bakteriologiczną i mikologiczną,
dobór preparatów jak i dawek skutecznie ograniczających rozwój mikroorganizmów.
Preparaty przyjazne środowisku skuteczne w hamowaniu rozwoju niepożądanej mikroflory wzbudziły zainteresowanie branży spożywczej. Nawiązana współpraca z zakładami przemysłu spożywczego pozwoli na przeprowadzenie badań w skali półtechnicznej. Aktywne substancje grzybobójcze mogą posłużyć do opracowania
przyjaznego dla środowiska środka pozwalającego na kontrolę zanieczyszczeń mikrobiologicznych w zakładach
przemysłu spożywczego.
Priorytetem jest wdrażanie systemu higieny i bezpieczeństwa produkcji w zakładach przemysłu spożywczego, a wykorzystanie ekologicznych preparatów spełnia oczekiwania i wpływa na wzrost innowacyjności województwa opolskiego.
Została dokonana wstępna ocena stanu sanitarnego bioareozolu i powierzchni przemysłowych w wybranym
zakładzie przemysłu spożywczego. Wyniki analizy bioareozolu w pomieszczeniach socjalnych i strefie produkcyjnej zakładu wskazujące na znaczny stopień zanieczyszczenia przedstawiono na Środkowoeuropejskiej
Konferencji ECOpole’2013. Następnym etapem była ocena właściwości fungistatycznych wybranych olejków
eterycznych na dominujące wyizolowane szczepy grzybów strzępkowych. Wyniki badań dotyczące strefy socjalnej przedstawiono na XV International Conference of Biotechnology Students we Wrocławiu. Przetestowano
także wrażliwość potencjalnie alergennego i toksynotwórczego gatunku Aspergillus niger na działanie wybranych olejków eterycznych. Wyniki przedstawiono na konferencji 5th International Young Scientists Conference
“Human-Nutrition-Environment.” BIOTECHNOLOGY FOR SUSTAINABLE DEVELOPMENT w Rzeszowie. Wystąpienie
zostało wyróżnione decyzją Komisji Komitetu Naukowego Konferencji.
Publikacje w czasopismach z listy filadelfijskiej posiadające IF (ISI):
1. Białoń M., Krzyśko-Łupicka T., Koszałowska M., Wieczorek P. (2014): The influence of chemical composition of commercial
lemon Essentials oils on the growth of Candida strains. Mycopathologia 177:29–39. DOI 10.1007/s11046–013–9723–3.
Udział w konferencjach, warsztatach, sympozjach:
1. Koszałkowska M., Kręcidło Ł., Krzyśko-Łupicka T.: Microbiological analysis of bioareosol in food industry. Środkowoeuropwwejska Konferencja ECOpole’2013, Jarnotówek 23–26.10.2013.
2. Koszałkowska M., Krzyśko-Łupicka T.: Survival rate of microorganisms isolated from staff rooms of the food production
plant in presence of essential oils. XV International Conference of Biotechnology Students, Wrocław 22–24.11.2013.
3. Koszałkowska M., Krzyśko-Łupicka T.: in vitro tests of potential usability of essential oils to control Aspergillus niger
growth in food facilities. 5th International Young Scientists Conference “Human-Nutrition-Environment.” BIOTECHNOLOGY FOR SUSTAINABLE DEVELOPMENT, Rzeszów 24–25.04.2014.
82
Ocena oddziaływania wybranych olejków eterycznych, biofungicydów
i fungicydów na rozwój fitopatogennych dla zbóż grzybów
z rodzaju Fusarium oraz autochtoniczną mikroflorę gleby
Celem pracy jest ocena antygrzybowej aktywności wybranych fungicydów,
olejków eterycznych i biofungicydów na rozwój fitopatogennych grzybów
rodzaju Fusarium. Dodatkowo badana będzie reakcja autochtonicznej mikroflory glebowej na preparaty o najwyższej aktywności grzybobójczej.
mgr Weronika Walkowiak
II rok studiów
Wśród najczęściej występujących sprawców chorób zbóż we wszystkich strefach klimatycznych są grzyby rodzaju Fusarium. Patogeny te atakują rośliny we wszystkich fazach rozwoju, w pszenicy wywołują takie choroby jak:
przed- i powschodową zgorzel siewek, zgorzel podstawy źdźbła i korzeni oraz fuzariozę kłosów. W uprawach
zbóż, w zależności od ich fazy rozwoju, obniżają plon ziarna w zakresie od 7 do 70% i pogarszają jego jakość,
a zwłaszcza zdolność kiełkowania i parametry wypiekowe. Ziarna porażonego przez grzyby rodzaju Fusarium
nie można wykorzystać jako materiał siewny ani do produkcji żywności czy paszy, ze względu na potencjalne
zagrożenie mikotoksynami. Temat ten jest szczególnie ważny dla Opolszczyzny (regionu rolniczego i przetwórstwa rolno-spożywczego), gdzie zanieczyszczenia wywołane przez grzyby z rodzaju Fusarium są przyczyną olbrzymich strat gospodarczych.
Do zwalczania tych fitopatogenów zazwyczaj stosowane są fungicydy chemiczne, ale obecnie coraz większy
nacisk kładzie się na wykorzystanie preparatów ekologicznych, takich jak biopreparaty i olejki eteryczne.
Badania obejmują dwa etapy – laboratoryjny i w skali półtechnicznej. W badaniach laboratoryjnych wykorzystano dominujące na terenie Polski grzyby z rodzaju Fusarium (F. avenaceum, F. culmorum, F. graminearum, F.
oxysporum i F. poae) wyizolowane z zainfekowanych zbóż. W stosunku do tych szczepów oceniono aktywność
grzybobójczą preparatów (Biosept 33 SL, Bioczos BR, Siarkol 80 WG, Miedzian 50 Polyversum WP, Timorex Gold
24 EC), biopreparatów drożdżowych oraz olejków eterycznych (z drzewa herbacianego, tymiankowego, z trawy
cytrynowej, Litsea cubeba, werbenowego, kajeputowego, czosnkowego, grejpfrutowego cedrowego i sosnowego). Wrażliwość testowanych szczepów Fusarium była zróżnicowana i zależała od rodzaju i zastosowanego
stężenia testowanych olejków i preparatów. Rozwój Fusarium hamował olejek tymiankowy we wszystkich badanych stężeniach. Nie stwierdzono fungistatycznego działania olejków cedrowego i sosnowego na testowane
szczepy. Pozostałe olejki i testowane preparaty w różnym stopniu hamowały rozwój tych grzybów. Efekt działania wybranych olejków i preparatów oraz ich dawek zostanie oceniony w doświadczeniach wegetacyjnych.
Poszukiwanie alternatywnych metod walki z fitopatogenami roślin pomoże w znalezieniu skutecznej, przyjaznej
dla środowiska metody wzrostu plonowania i poprawy jakości ziarna zbóż. Zwłaszcza, że dostępne w Polsce
środki ochrony roślin pochodzenia naturalnego stanowią jedynie 5% ogółu środków dopuszczonych do obrotu. Rejestracja kolejnych byłaby niezwykle przydatna, szczególnie w obliczu wprowadzenia integrowanej
ochrony roślin.
W badaniach laboratoryjnych wykorzystano dominujące na terenie Polski grzyby z rodzaju Fusarium (F. avenaceum, F. culmorum, F. graminearum, F. oxysporum i F. poae) wyizolowane z zainfekowanych zbóż. W stosunku do tych szczepów oceniono aktywność grzybobójczą preparatów (Biosept 33 SL, Bioczos BR, Siarkol 80
WG, Miedzian 50 Polyversum WP, Timorex Gold 24 EC), biopreparatów drożdżowych oraz olejków eterycznych
(z drzewa herbacianego, tymiankowego, z trawy cytrynowej, Litsea cubeba, werbenowego, kajeputowego,
83
czosnkowego, grejpfrutowego cedrowego i sosnowego). Wrażliwość testowanych szczepów Fusarium była zróżnicowana i zależała od rodzaju i zastosowanego stężenia testowanych olejków i preparatów. Rozwój Fusarium
hamował olejek tymiankowy we wszystkich badanych stężeniach. Nie stwierdzono fungistatycznego działania
olejków cedrowego i sosnowego na testowane szczepy. Pozostałe olejki i testowane preparaty w różnym stopniu hamowały rozwój tych grzybów. Efekt działania wybranych olejków i preparatów oraz ich dawek zostanie
oceniony w doświadczeniach wegetacyjnych.
Publikacje:
1. Walkowiak W., Krzyśko-Łupicka T.. Nowe rozwiązania w ochronie zbóż przed fuzariozami. Progress in Plant Protection, DOI: 10.14199/ppp-2014–001.
Udział w konferencjach naukowych i seminariach:
1. Krzyśko-Łupicka T., Kurp E., Walkowiak W., przedstawienie posteru Wrażliwość Fusarium solani na wybrane olejki
eteryczne/The sensitivity of Fusarium solani on selected essential oils. Czynny udział w 47 Ogólnopolskiej Konferencji Naukowej „Mikroorganizmy-roślina-środowisko w warunkach zmieniającego się klimatu”, Puławy-Lublin, 1215 maja 2013 roku.
2. Walkowiak W., Czynny udział i przedstawienie prezentacji Beurteilung der Auswirkung ausgewählter Fungizide
und Biofungizide auf die Entwicklung der für Getreide phytopathogenen Pilze der Gattung Fusarium und der autochthonen Mikroflora des Erdbodens 27 Seminarium Deutsche Bundesstiftung Umwelt dla krajów Europy Środkowej
i Wschodniej, Internationale Meeting Centre of St. Marienthal, Ostritz 28.07-01.08.2013r.
3. Udział bierny w seminarium naukowo-informacyjnym VIII Targi Wiedzy Technologicznej, Platforma Innowacji Technologicznej Regionu Opolszczyzny V (PITRO V), 13-14 grudzień 2012.
4. Krzyśko-Łupicka T., Kurp E., Walkowiak W. Wrażliwość Fusarium solani na wybrane olejki eteryczne/The sensitivity of
Fusarium solani on selected essential oils. W: Materiały Konferencyje „47 Ogólnopolskiej Konferencji Naukowej”, Mikroorganizmy-roślina-środowisko w warunkach zmieniającego się klimatu, Puławy-Lublin, 12–15 maja 2013 r., s. 171.
Udział w projektach badawczych:
1. Deutsche Bundesstiftung Umwelt-DBU) - 6 miesięczny staż naukowy (01.04.2013-30.09.2013) w Leibniz-Zentrum für
Agrarlandschaftsforschung ZALF e.V. Institut für Landschaftsbiogeochemie, Eberswalder Str. 84, D-15374 Müncheberg, w czasie którego kontynuowano badania naukowe wg zaplanowanego harmonogramu (Stypendia doktoranckie – inwestycja w kadrę naukową województwa opolskiego 2012/2013).
84
Biologia
Wykorzystanie właściwości sorpcyjnych mchów
i porostów w biomonitoringu środowiska
dr hab. Andrzej Kłos, prof. UO
Celem pracy doktorskiej jest zbadanie równowag i kinetyki sorpcji metali ciężkich
w porostach i w mchach, wyznaczenie preferencji sorpcyjnych, ocena wpływu
czynników abiotycznych na procesy równowagowe oraz weryfikacja hipotez dotyczących metody badań biomonitoringowych opracowanej w Zakładzie Badań
Fizykochemicznych UO [1,2]. Tereny badań polowych służących potwierdzeniu
zasadności zaproponowanej metody obejmują: Bory Stobrawskie i Niemodlińskie,
Karkonosze, Beskid Żywiecki oraz puszcze północno-wschodniej Polski.
Walidacja i wdrożenie metody umożliwi szybką ocenę zanieczyszczenia badanych obszarów, identyfikację źródeł zanieczyszczeń oraz zmniejszenie
kosztów badań w odniesieniu do badań klasycznych. Badania te będą mogły również zostać wykorzystane do wstępnej oceny rozkładu zanieczyszczeń w celu wyznaczenia miejsc lokalizacji klasycznych stacji monitoringu
zanieczyszczenia powietrza.
mgr Dominik Jerz
I rok studiów
W trakcie dotychczas p rzeprowadzonych badań wyznaczono parametry kinetyki oraz równowagi sorpcji wybranych metali ciężkich: Zn, Mn, Cu, Cd, Pb w porostach Hypogymnia physodes i w mchach Pleurozium Schreberi, w celu porównania ich właściwości
sorpcyjnych. Określono również wpływ czynników abiotycznych na procesy sorpcji. We współpracy z Zakładem Wykonywania
Pomiarów EMITOR przeprowadzono pomiary próbek środowiskowych. W ramach tzw. Grantu Norweskiego wraz z promotorem dr hab. Andrzejem Kłosem prof. UO, rozpoczęto badania zanieczyszczenia metalami ciężkimi terenów Karkonoszy, Beskidu
Żywieckiego, Puszczy: Boreckiej, Białowieskiej, Augustowskiej i Knyszyńskiej. Wyniki badań przedstawiono na kilku konferencjach: 5 Central European Congress of Life Sciences: Eurobiotech 2013 w Krakowie w dniach 8–11.10.2013 r., konferencji organizowanej w ramach Programu Operacyjnego Współpracy Transgranicznej Republika Czeska – Rzeczpospolita Polska 2007–
2013 pt. „Propagowanie badań jakości środowiska na transgranicznym obszarze polsko-czeskim” w Hradec Králové w dniach
14–16.11.2013 r., konferencji młodych naukowców „Wpływ młodych naukowców na osiągnięcia polskiej nauki” we Wrocławiu
w dniu 14.12.2013 r. oraz na konferencji młodych naukowców„Dokonania Naukowe Doktorantów w Krakowie w dniu 12.04.2014 r.
Literatura:
1. A. Kłos, Porosty w biomonitoringu środowiska, Wydawnictwo Uniwersytetu Opolskiego, Opole 2009.
2. A. Kłos, M. Rajfur, I. Šrámek, M. Wacławek, Use of lichen and moss in assessment of forest contamination with heavy
metals in Praded and Glacensis Euroregions (Poland and Czech Republic), Water, Air, and Soil Pollution, 2011, s. 367–376.
85
Wykorzystanie roślin wodnych do oceny zanieczyszczenia
wód powierzchniowych metalami ciężkimi
Celem prowadzonych badań w ramach pracy doktorskiej jest opracowanie
innowacyjnej metody oceny zanieczyszczenia wód powierzchniowych metalami ciężkimi na podstawie pomiaru stężeń metali w wybranych gatunkach
roślin wodnych. W ostatnim latach coraz częściej do oceny zanieczyszczenia
ekosystemów wodnych wykorzystywane są różne gatunki roślin wodnych.
Przeprowadzane badania biomonitoringowe mają za zadanie: ocenę zanieczyszczenia akwenów, wskazanie źródeł tych zanieczyszczeń oraz długofalowy monitoring mający na celu wskazanie dynamiki zachodzących zmian.
Na podstawie dotychczas przeprowadzonych badań oraz przeglądu literamgr Paweł Krems
tury, wyselekcjonowano trzy gatunki roślin wodnych, które są badane pod
II rok studiów
kątem ich wykorzystania w biomonitoringu ekosystemów wodnych. Należą
do nich: Ceratophyllum demersum L., Elodea canadensis L. i Myriophyllum
spicatum L. Określony został wpływ czynników abiotycznych na procesy sorpcji metali ciężkich przez te rośliny.
W kolejnym etapie badań przeanalizowane zostaną także wzajemne powiązania pomiędzy różnymi elementami
ekosystemów wodnych – pozwoli to na opracowanie jednolitych procedur badawczych.
W przedsiębiorstwach zajmujących się monitoringiem i oceną zanieczyszczenia wód występuje duże zainteresowanie możliwością wykorzystania otrzymanych wyników badań dotyczących zastosowania bioty do oceny zanieczyszczenia ekosystemów wodnych metalami ciężkimi. Opracowanie nowatorskiej metody oceny zanieczyszczenia wód z wykorzystanie biomasy roślin wodnych pozwoli na usprawnienie dotychczas obowiązującej metodyki oceny jakości wód oraz sprawi, że stanie
się ona prostsza i bardziej efektywna. Spodziewane wyniki prowadzonych badań w ramach realizowanego projektu badawczego mogą z powodzeniem zostać wdrożone w jednostkach zajmujących się badaniem jakości i ochroną środowiska.
Na podstawie dotychczas przeprowadzonych badań określono właściwości sorpcyjne i wyznaczono parametry kinetyczne sorpcji metali ciężkich dla wybranych gatunków roślin wodnych (Ceratophyllum demersum L., Elodea canadensis L.
i Myriophyllum spicatum L.) w warunkach statycznych (przy zmniejszającym się stężeniu analitów w roztworze) i dynamicznych (przy stałym stężeniu metali ciężkich w roztworze) w zależności od sposobu ich preparowania. Najlepszymi
zdolnościami do akumulacji metali ciężkich (Cu2+, Zn2+, Cd2+ i Mn2+) spośród badanych makrofitów charakteryzowała
się Elodea canadensis L. suszona w temp. 323 K i kondycjonowana w wodzie zdemineralizowanej. Stwierdzono, że
jest ona w stanie zasorbować ponad 90% jonów metali obecnych w roztworze. W kolejnym etapie badań określono metodą statyczną wpływ czynników abiotycznych: Ca2+ i Cl- na sorpcję kationów metali ciężkich (Cu2+, Zn2+ i Cd2+)
w biomasie rośliny wodnej Elodea canadensis L. Zbadano także wpływ H+ na sorpcję kationów Cu2+ przez tę roślinę.
Wyniki przeprowadzonych badań częściowo zostały opublikowane w artykule: P. Krems, M. Rajfur i A. Kłos: Kinetyka
sorpcji kationów miedzi (II) przez Myriophyllum spicatum L. Proceedings of ECOpole. 2013:7 (2); 659–664. oraz były
prezentowane w formie referatów na konferencjach naukowych:
1. Krems Paweł: Biosorpcja kationów miedzi, kadmu i cynku przez Elodea canadensis L. i Myriophyllum spicatum L. Referat na konferencji: Wpływ młodych naukowców na osiągnięcia polskiej nauki, Wrocław. 14.12.2013r.
2. Krems P., Rajfur M. i Kłos A.: Sorpcja kationów metali ciężkich przez rośliny wodne Elodea canadensis L. i Myriophyllum
spicatum L. Referat na konferencji organizowanej w ramach projektu współfinansowanego ze środków EFRR w ramach
Programu Operacyjnego Współpracy Transgranicznej Republika Czeska – Rzeczpospolita Polska 2007–2013, pt. „Propagowanie badań jakości środowiska na transgranicznym obszarze polsko-czeskim”. Hradec Králové, CZ, 14–16.11.2013r.
3. Krems P., Rajfur M. i Kłos A.: Wpływ jonów H+, Ca2+ i Cl- na sorpcję metali ciężkich przez rośliny ekosystemów wodnych. Referat na konferencji organizowanej w ramach projektu współfinansowanego ze środków EFRR w ramach Programu Operacyjnego Współpracy Transgranicznej Republika Czeska – Rzeczpospolita Polska 2007–2013, pt. „Propagowanie badań jakości środowiska na transgranicznym obszarze polsko-czeskim”. Opole 04.04.2013.
4. Krems P.: Wpływ czynników abiotycznych na sorpcję metali ciężkich przez Elodea canadensis L. Referat na Konferencji Młodych Doktorantów: Dokonania naukowe doktorantów – II Edycja. Kraków 12.04.2014r.
86
Biologia
dr hab. Sławomir Sokół
Analiza taksonomiczna europejskich gatunków z rodzaju
Phellinus Quél (Hymenochaetaceae, Basidiomyocota)
z uwzględnieniem aspektów utylitarnych
Celem tego programu badawczego jest przegląd krajowych i europejskich gatunków z rodzaju Phellinus znajdujących się również na terenie
województwa opolskiego, analiza ich cech makro- i mikrostrukturalnych,
ekologicznych i molekularnych. Tym samym stanowić będzie uaktualnienie (rewizję) taksonomii krajowych gatunków tego rodzaju. Praca ma również na celu przeanalizowanie aspektów praktycznych – znaczenia gatunków należących do rodzaju Phellinus w gospodarce leśnej i sadownictwie.
W szczególności ważne są odpowiedzi na pytania:
mgr Anna Stala
II rok studiów
• które gatunki rodzaju Phellinus wywołują największe straty w gospodarce
leśnej? Wiąże się to z analizą cech poszczególnych gatunków, celem ustalenia aktualnej listy gatunków występujących w naszym kraju (etap pierwszy – analiza taksonomiczna) oraz
szacowanie strat, jakie wywołują w produkcji surowca drzewnego poszczególne gatunki z rodzaju Phellinus
(etap drugi – analiza ekologiczna),
• j ak kształtują się relacje pomiędzy gatunkami grzybów pasożytniczych a ich gatunkami żywicielskimi?
Porównanie wyników badań grzybni in vitro, także in vivo,
• c zy istnieją biologiczne sposoby zapobiegania rozprzestrzeniania się grzybni gatunków pasożytniczych?
Celem będzie próba wytypowania krytycznego momentu w cyklu życiowym Phellinus, którego zablokowanie (niedopuszczenie do dalszego rozwoju) może zapobiegać dalszemu rozprzestrzenianiu się zgnilizny
w uprawach leśnych,
• czy istnieją tanie, szybkie i nieinwazyjne (bez konieczności ścinki drzew) metody umożliwiające oszacowanie
czy dane drzewa są zainfekowane grzybami z rodzaju Phellinus?
87
Wyniki badań dotyczące aspektu utylitarnego (ekologia) są dedykowane głównie do sektora gospodarki - leśnictwa i sadownictwa. Możliwość wytypowania gatunków z rodzaju Phellinus, które najbardziej zagrażają drzewostanom Opolszczyzny, wykrycie relacji pomiędzy pasożytem a żywicielem, a także przeanalizowanie sposobów zapobiegania rozprzestrzeniania się grzybni gatunków pasożytniczych jest kluczowe w celu zminimalizowania strat gospodarczych (ubytki masy drzewnej). Poznanie sposobu rozprzestrzeniania się zgnilizn oraz
opracowanie sposobu wykrywania infekcji jeszcze przed całkowitą destrukcja drewna umożliwi prowadzenie
bardziej racjonalnej gospodarki leśnej. Na przestrzeni lat oczekiwanym efektem będzie zminimalizowanie strat
gospodarczych jakie wyrządzają grzyby z rodzaju Phellinus w lasach Opolszczyzny jak i całej Polski. Wszystkie
podjęte działania dążą do zminimalizowania strat finansowych, jakie powstają w wyniku działania grzybów
z rodzaju Phellinus w surowcu drzewnym.
1. Sporządzenie check listy krajowych gatunków z rodzaju Phellinus (na podstawie kwerend zielnikowych i eksploracji terenów Polski ze szczególnym uwzględnieniem Opolszczyzny).
2. Ustalenie cech diagnostycznych dla gatunków kluczowych dla gospodarki (badania makro i mikrostrukturalne oraz
badania genetyczne).
3. Ustalenie rodzaju zgnilizn dla wybranych gatunków i sposobu ich rozprzestrzeniania się w surowcu drzewnym.
Publikacje:
1. Stala A., Sokół S. (2013) Chosen Macromycetes of the Kup Inspectorate – preliminary research. Nature Journal 46: 19-27.
2. Stala A. (2013) Rodzaj czyreń (Phellinus, Basidiomycota): rola w ekologii i właściwości lecznicze W: H. Koroniak, J. Barciszewski (red.), Na pograniczu chemii i biologii, tom XXXI, Wyd. UAM, Poznań, 374-384.
3. Stala A. (2013), Rzadkie, ciekawe, ginące grzyby wielkoowocnikowe (Macromycetes) Stobrawskiego Parku Krajobrazowego oraz fragmentu jego otuliny, W: A. Biedunkiewicz, M. Dynowska, Interdyscyplinarne i aplikacyjne znaczenie nauk biologicznych – książka abstraktów, Wyd. Mantys, Olsztyn, 156 – 157.
Konferencje:
1. Stala A., VIII Targi Wiedzy Technologicznej PITRO V (grudzień 2012), Opole – udział bierny.
2. Stala A. ( czerwiec 2013), Rodzaj czyreń (Phellinus, Basidiomycota): grupa organizmów o wzrastającej roli w gospodarce, referat wygłoszony na IX Seminarium Doktorantów Na Pograniczu Chemii i Biologii, Ustroń.
3. Stala A. (czerwiec 2013), Rzadkie, ciekawe, ginące grzyby wielkoowocnikowe (Macromycetes) Stobrawskiego Parku Krajobrazowego oraz fragmentu jego otuliny, referat wygłoszony na 56 Zjeździe Polskiego Towarzystwa Botanicznego, Olsztyn.
4. Stala A. (czerwiec 2014), Accumulation of heavy metals by the parasitic species on the example of genus Phellinus –
poster, międzynarodowa konferencja Plants, heavy metals, environment, Katowice.
88
Biologia
prof. dr hab. Tadeusz Zatwarnicki
Wykorzystanie larw przywódek (Dipiera: Ephydridae)
do zwalczania sinic (Cyanobacteria)
Celem niniejszej pracy jest określenie związków troficznych muchówek
z rodziny Ephydridae oraz wykorzystanie ich do ograniczenia występowania sinic. Ephydridae zwane też przywódkami, są to niewielkie muchówki
osiągające rozmiary ok. 0.8 – 4.5 mm. Jak nazwa wskazuje, żyją w środowisku higrofilnym. W Polsce występuje 10 gatunków odżywiających się sinicami. Cyanobacteria są pokarmem dla larw tych owadów, natomiast imago (postać dorosła) może odżywiać się m.in. glonami. Larwy przywódek
charakteryzują się możliwością spożywania nawet najbardziej toksycznych
gatunków sinic, tj. Anabaena variabilis, Nostoc commune, czy Lynbya sp.
Oprócz poznania specyfiki troficznej tych mikrofagów wodnych ważnym
aspektem jest określenie efektywności w ograniczaniu Cyanobacteria, a także ustalenie warunków określających kontrolowane użycie Ephydridae na
stawach hodowlanych.
mgr Izabela Ryczko
II rok studiów
Przeprowadzone badania w dużym stopniu mogą wpłynąć na wsparcie działalności gospodarczej oraz wzrost
innowacyjności. Sinice występują w różnego typu zbiornikach wodnych. Są poważnym problemem m.in. dla
właścicieli stawów hodowlanych, kąpielisk, a także osób zajmujących się hodowlą bydła, trzody chlewnej, drobiu,
jak i właścicieli oczek wodnych. Masowe zakwity sinic powodują zabarwienie wody na kolor niebieskozielony.
Mogą także zmienić jej konsystencję, wyglądać jak zawiesista farba, czasem podczas masowego występowania
tworzyć spienione kożuchy. Zakwity cyjanobakterii są bardzo dużym zagrożeniem dla zdrowia ludzi i zwierząt ze
względu na produkcję biotoksyn. Są także gatunki sinic, które nie produkują toksyn, ale ich intensywny zakwit
doprowadza do braku tlenu w zbiorniku, czego skutkiem jest m.in. śnięcie ryb. Spożycie wody ze zbiornika, w którym występują toksyny sinicowe powoduje poważne skutki zdrowotne bądź śmierć dla człowieka oraz zwierząt.
89
W województwie opolskim występuje ogromne zapotrzebowanie na ograniczenie występowania sinic oraz glonów. Zastosowanie larw przywódek umożliwi hodowcom małoinwazyjną, ekologiczną oraz nieskomplikowaną
walkę z sinicami. Wprowadzenie larw do zbiornika nie spowoduje naruszenia w nim równowagi biologicznej,
nie jest metodą kosztowną, dzięki czemu nawet mała firma będzie mogła pozwolić sobie na jej zastosowanie.
Dotychczasowe prace skupiają się na hodowli dorosłych postaci muchówek w celu uzyskania stałego dostępu do larw; szukaniu miejsc bytowania larw, a także hodowli sinic w warunkach laboratoryjnych. Zakwit sinic
następuje w miesiącach letnich. W związku ze specyfiką prowadzonych badań efekty będą możliwe do przedstawienia we wrześniu.
Literatura:
1. T. Zatwarnicki, Diptera Ephydridae, Shore files, Aquatic Insects of North Europe – A taxonomic Handbook. Volume
2, 1997s. 383 – 389.
2. M. G. Krivosheina, On Insect Feeding on Cyanobacteria, Paleontological Journal, Moscow 2008, 42 (6), s. 596–599.
90
Politechnika
Opolska
Mechanika
prof. dr hab. inż. Tadeusz Łagoda
Metody nielokalne w szacowaniu trwałości zmęczeniowej elementów z karbem
Celem pracy jest opracowanie modelu obliczeniowego bazującego na nielokalnej metodzie szacowania trwałości zmęczeniowej elementów z karbem,
która uwzględnia gradient naprężenia i funkcję wagową. Wartości naprężeń
uzyskiwane są dzięki zastosowaniu metody elementów skończonych (MES)
z uwzględnieniem cyklicznych właściwości materiałowych. Bazując na wynikach analizy MES oraz danych z charakterystyk zmęczeniowych, możliwe
jest wyznaczenie referencyjnej strefy w materiale, która jak zakłada się, jest
reprezentatywną do wykonania obliczeń zmęczeniowych. W literaturze spotkać można różne modele nielokalne. Oparte są one na uśrednianiu przyjętego
parametru zmęczenia wzdłuż linii gradientu, w płaszczyźnie lub z objętości.
mgr inż. Daniel Krzyżak
II rok studiów
W przypadku elementów zawierających karby, istotnym jest określenie obszaru w materiale, który jest odpowiedzialny za inicjację pęknięcia, a następnie jego propagację. Obszar ten identyfikowany w jednym punkcie o maksymalnym
wytężeniu często powoduje znaczne zaniżenie obliczeniowej trwałości zmęczeniowej, stąd określenie obszaru referencyjnego jest pożądane. Wartości naprężeń i odkształceń w obciążonych elementach o skomplikowanych kształtach
uzyskiwane są najczęściej z analizy wykonanej z wykorzystaniem MES. Analizy te najczęściej wykonywane są dla elementów obciążonych w sposób powodujący w materiale brak odkształceń plastycznych. Jednak w przypadku obciążeń
zmiennych elementów z karbem, pojawienie się odkształceń plastycznych jest wielce prawdopodobne. Proponowany
model obliczeniowy może być wykorzystany jako dodatek do programów MES, za pomocą którego możliwe będzie
szacowanie trwałości zmęczeniowej elementów przemysłowych. Znajomość charakterystyki materiału bez i z gradientem naprężenia oraz zweryfikowany model obliczeniowy pozwoli na poprawne oszacowanie trwałości zmęczeniowej.
Problematyka trwałości zmęczeniowej własnej pracy naukowej była prezentowana na konferencjach krajowych
91
o tematyce trwałości zmęczeniowej oraz problemów związanych z maszynami i urządzeniami roboczymi [1–4].
Dotychczas opublikowano dwie prace punktowane w języku angielskim [5,6] oraz trzy prace w zeszytach naukowych
i czasopismach krajowych [7–9]. W pracach [1–4] opisano problematykę występujących pęknięć haków, skupiając się
na metodyce wyznaczenia naprężeń i trwałości zmęczeniowej w zależności od sposobu obciążenia. Jednym z najistotniejszych problemów wynikających z przeprowadzonych badań jest prawidłowe oszacowanie trwałości zmęczeniowej
z wyników otrzymanych dla węzłów elementów skończonych. Otrzymana trwałość obliczeniowa jest znacznie zaniżona i nie odpowiada ona trwałości rzeczywistej. Stąd nasuwa się pytanie, w jakim obszarze należy wykonać obliczenia, aby otrzymana wartość parametru zmęczenia odpowiadała trwałości rzeczywistej lub eksperymentalnej [5,6,8].
Literatura:
1. D. Krzyżak, T. Łagoda, Analiza numeryczna wytrzymałości i trwałości kolejowego haka cięgłowego, Młodzi naukowcy dla polskiej nauki cz. VII – nauki inżynieryjne, Kraków 2012, ss. 25–32.
2. D. Krzyżak, T. Łagoda, Analiza przyczyn rozerwań pociągów towarowych spowodowanych zerwaniem drąga haka
cięgłowego, XXVI Konferencja Naukowa Problemy Rozwoju Maszyn Roboczych, Kraków, 2013, ss. 65–66.
3. D. Krzyżak, T. Łagoda, Analiza numeryczna trwałości kolejowego haka cięgłowego, 52 Sympozjon „Modelowanie
w Mechanice”, Ustroń 2013, ss. 162–163.
4. D. Krzyżak, G. Robak, T. Łagoda, Zastosowanie promienia fikcyjnego do przy wyznaczaniu trwałości zmęczeniowej
zginanych próbek z karbem, XIV Krajowa Konferencja Mechaniki Pękania, Kielce 2013, ss. 69–70.
5. D. Krzyżak, T. Łagoda, Fatigue Life Estimation of Notched Elements with use of Non-Local Volumetric Method, International Journal of Fatigue, Vol. 61, 2014, ss. 59–66.
6. D. Krzyżak, G. Robak, T. Łagoda, Application of fictitious radius to fatigue life calculations of bending notched specimens, Key Engineering Materials Vol. 598, 2014, ss. 119–124.
7.D. Krzyżak, T. Łagoda, Naprężeniowe i odkształceniowe charakterystyki zmęczeniowe próbek z karbem wyznaczone przy wykorzystaniu MES i korekcji naprężeń pseudosprężystych, Nowe trendy w naukach inżynieryjnych, tom 3,
Creative Science – Monografia 2012, Kraków 2012, ss. 37–44.
8. D. Krzyżak, Szacowanie trwałości zmęczeniowej elementów z karbem z wykorzystaniem metody nielokalnej i parametru energetycznego, Zeszyty Naukowe Politechniki Opolskiej, Z. 102 Nr 349/2013 Mechanika, Opole 2013, ss. 79–82.
Wpływ nierównoległości charakterystyk zmęczeniowych
na trwałość elementów maszyn przy zginaniu ze skręcaniem
Celem pracy jest opracowanie metody wyznaczania trwałości zmęczeniowej
dla materiałów charakteryzujących się nierównoległymi charakterystykami zmęczeniowymi dla zginania wahadłowego i skręcania obustronnego
przy wieloosiowych obciążeniach eksploatacyjnych. Praca obejmowała:
•przegląd istniejących kryteriów zmęczeniowych,
•opracowanie algorytmu szacowania trwałości zmęczeniowej,
•analiza symulacyjna proponowanego modelu,
•przeprowadzenie badań zmęczeniowych mosiądzu CuZn40Pb2,
•obliczenie trwałości zmęczeniowych według zaproponowanego modelu,
•porównanie trwałości obliczeniowych z eksperymentalnymi na podstawie badań własnych oraz danych zaczerpniętych z literatury.
dr inż. Marta Kurek
Wynikiem pracy jest algorytm szacowania trwałości zmęczeniowej który został zaadoptowany do własnych programów obliczeniowych. Aplikacje te umożliwiają szybkie i skuteczne przewidywanie trwałości, a współpraca
z firmą pozwala na ich praktyczne zastosowanie, co wpływa na rozwój innowacyjności firmy. Wiele elementów
maszyn i konstrukcji są eksploatowane w złożonych i zmiennych warunkach. Są to zazwyczaj wieloosiowe stany
92
obciążenia. Właściwe przewidywanie trwałości eksploatacyjnej różnych obiektów jest bardzo ważnym problemem współczesnej techniki i pozwoli uniknąć awarii czy wypadków. Zaproponowany model oceny trwałości
rozszerza możliwości oceny trwałości materiałów konstrukcyjnych o takie, które charakteryzuję się nierównoległością charakterystyk zmęczeniowych na czyste zginanie i czyste skręcanie. Analizie obliczeniowej poddane
będą również dwie stale stopowe.
Projekt pozwolił mi na dokończenie prac nad rozprawą doktorską oraz wypełnienie założonych celów. W trakcie trwania projektu opublikowałam następujące prace:
1. Kurek M., Łagoda T, Warmuzek P.: Determination of stress and strain concentrations in the elastic-plastic materials
under bending and torsion, Materials Science, vol. 47, no. 4, 2012, pp.545–552.
2. Walat K., Kurek M., Ogonowski P., Łagoda T.: The multiaxial random fatigue criteria based on strain and energy damage parameters on the critical plane for the low-cycle range, Int. J. of Fatigue, vol. 37, 2012, pp. 100–111.
3. Kurek M., Łagoda T., Morel F.: Szacowanie trwałości zmęczeniowej stali stopowej 35NCD16 w warunkach obciążeń
losowych, Energetyka nr 11 (701) 2012, ss. 718–721.
4. Kurek M., Łagoda T.: Estimation of fatigue life of materials with out-of-parallel fatigue characteristics under block loading, Materials Science Forum vol. 726, 2012, pp. 181–188.
5. Kurek M., Łagoda T.: Fatigue life estimation under cyclic loading including out-of-parallelism of the characteristics,
Applied Mechanics and Materials, vol. 104, 2012, pp. 125–132.
6. Kurek M., Łagoda T.: Przewidywanie trwałości zmęczeniowej stali stopowej 30CrNiMo8 w warunkach obciążeń eksploatacyjnych, Hutnik – Wiadomości Hutnicze, t.80, 2013, nr 9, s. 644–648.
Ponadto podczas trwania projektu popularyzowałam wyniki swoich badań na konferencjach naukowych, między innymi:
1. XIV Konferencja Naukowo – Techniczna, Projektowanie, Innowacje Remontowe i Modernizacje w Energetyce, PIRE
2012, 28–30.11.2012 Ustroń.
2. XXVI Konferencja Naukowa Problemy Rozwoju Maszyn Roboczych – 27–31.01.2013.
3. X Konferencja Nowe Kierunki Rozwoju Mechaniki, Jarnałtówek, 2013.
4. VII-th International Symposium on Mechanics of Materials and Structures, Augustów, June 3–6, 2013.
5. VIII Środowiskowe Warsztaty Doktorantów Politechniki Opolskiej, czerwiec 2013.
Analiza wpływu obciążeń cieplno-mechanicznych na trwałość połączeń
materiałów realizowanych metodą platerowania wybuchowego
W świetle niepełnego stanu wiedzy na temat zmęczenia cieplno-mechanicznego materiałów konstrukcyjnych przy zginaniu ze skręcaniem, koniecznym wydaje się, szersze poznanie tego zagadnienia na drodze eksperymentalnej. Tym samym, jednym z założeń projektu jest kompleksowa
modernizacja stanowiska typu MZGS oraz opracowanie instalacji umożliwiającej przeprowadzenie na nim badań materiałowych w podwyższonych
temperaturach. Zasadniczym celem projektu jest w istocie modelowanie
mgr inż. Dorian Lachowicz
i badanie zjawisk zmęczenia cieplno-mechanicznego w częściach maszyn
I rok studiów
wytworzonych metodą platerowania wybuchowego. Praca doktorska podejmować będzie tematykę wpływu obciążeń cieplnych i mechanicznych
na trwałość złącza w materiałach zgrzewanych wybuchowo. Zakres badań
obejmować będzie próby przy stałej i zmiennej temperaturze. W celu realizacji założeń pracy planuje się modernizację istniejących stanowisk do badań zmęczeniowych o układ grzewczy zapewniający pełną kontrolę procesu obciążenia termicznego. Przedmiotem planowanych eksperymentów
będą próbki materiałowe dostarczone przez partnerów z przemysłu. W ramach projektu planowane jest także
93
studium porównawcze różnych istniejących energetycznych modeli trwałości zmęczeniowej pod kątem oceny
ich przydatności w warunkach obciążeń cieplno-mechanicznych do skutecznego przewidywania żywotności
elementów maszyn i konstrukcji.
Badania literaturowe [1, 2, 5, 6] wskazują, że współcześnie główne kierunki rozwojowe w dziedzinie zmęczenia
materiałów skupiają się na identyfikacji i uwzględnieniu w kryteriach wytężenia zmęczeniowego zjawisk fizycznych mających pośredni, ale znaczący wpływ na trwałość materiałów. W rzeczywistych konstrukcjach obserwuje się nie tylko wpływ złożonej postaci obciążeń mechanicznych na trwałość, ale także równie ważny udział
czynników środowiskowych oraz pochodnych efektów związanych ze specyfiką pracy samego urządzenia.
Tematyka zmęczenia cieplno-mechanicznego w platerach ma charakter wysoce innowacyjny, badania i symulacje zachowania się materiałów zgrzewanych wybuchowo podczas pracy w podwyższonych temperaturach są
kluczowymi aspektami konstrukcyjnymi i technologicznym w branży aparatury chemicznej. Źródła literaturowe
wskazują, że badania materiałów na zmęczenie cieplno-mechaniczne zazwyczaj przeprowadza się przy kontrolowanym odkształceniu i w jednoosiowym stanie obciążenia, rozciągająco-ściskającego lub nieco rzadziej przy
rozciąganiu-ściskaniu ze skręcaniem [1, 3, 4]. Planowana modernizacja aparatury badawczej umożliwi realizację nowatorskich badań przy zginaniu ze skręcaniem które są bardzo nieliczne [7, 8] i zasadniczo nie dotyczą
platerów. Jest to o tyle istotne z punktu widzenia zastosowania w przemyśle, iż ten stan obciążenia występuje
często w odpowiedzialnych elementach obrotowych. Zgodnie z najnowszymi trendami w projektowaniu tzw.
„lekkich konstrukcji”, stosowanie platerów wydaje się najlepszą drogą do połączenia pożądanych właściwości
fizyko-chemicznych, wytrzymałości i minimalnego kosztu wykonania oraz niewielkiej masy.
W ramach prac zaprojektowano, wykonano i przetestowano prototyp urządzenia przeznaczonego do nagrzewania materiałów do eksperymentów na stanowisku badawczym. Zaplanowano metodykę badawczą i rozwinięto
koncepcję dodatkowego układu regulacji temperatury nagrzewania. W dalszej kolejności realizowane będą pracę
nad udoskonaleniem istniejącego prototypu i montażem modułu na maszynie zmęczeniowej celem realizacji badań pilotażowych na stalach kotłowych. Następne działania dotyczyć będą także podniesienia ergonomii i bezpieczeństwa pracy przy stanowisku oraz w perspektywie – automatyzacji pracy i systemów akwizycji danych.
Literatura:
1. Bae K. H., Kim H. H. and Lee S. B. A simple life prediction method for 304L stainless steel structures under fatigue-dominated thermo-mechanical fatigue loadings. Materials Science and Engineering: A,529 (0): 370– 377, 2011.
2. Hähnera P., Rinaldib C., Bicegob V., Affeldtc E., Brendelc T., Anderssond H., Becke T., Klingelhöfferf H., Kühnf H. J., Kösterg
A., Lovedayh M., Marchionnii M., Raej C. Research and development into a European code-of-practice for strain-controlled thermo-mechanical fatigue testing. International Journal of Fatigue, 30 (2): 372 – 381, 2008.
3. Kalluri S. and Bonacuse P. J. A data acquisition and control program for axial-torsional fatigue testing.Technical Memorandum 102041, NASA, May 1989.
4. Kalluri S. and Bonacuse P. J. An axial-torsional, thermomechanical fatigue testing technique. Technical Report ARL-TR-1060, Army Research Laboratory, May 1995.
5. Kang H. T., Lee Y. L., Chen J., and Fan D. A thermo-mechanical fatigue damage model for variable temperature and
loading amplitude conditions. International Journal of Fatigue, 29 (9–11): 1797 –1802, 2007.
6. Okrajni J., Junak G., and Marek A. Modelling of the deformation process under thermo-mechanical fatigue conditions. International Journal of Fatigue, 30 (2): 324 – 329, 2008.
7.Scholz A., Schmidt A., Walther H. C, Schein M., Schwienheer M. Experiences in the determination of TMF, LCF and
creep life of CMSX-4 in four-point bending experiments. International Journal of Fatigue, 30 (2): 357 – 362, 2008.
8. Xu J., Reuter S., Rothkegel W. Tensile and bending thermo-mechanical fatigue testing on cylindrical and flat specimens of CMSX-4 for design of turbine blades. International Journal of Fatigue, 30 (2): 363 –371, 2008.
94
Mechanika
dr hab. inż. Bolesław Dobrowolski,
prof. PO
Pomiar strumienia masy mieszaniny gaz – ciecz
za pomocą zwężek szczelinowych
Celem pracy jest określenie przydatności kryz szczelinowych do pomiarów strumienia masy fazy podstawowej dla przepływów pierścieniowodyspersyjnych.
mgr Barbara Tomaszewska
IV rok studiów
Pomiary strumienia masy mieszaniny gaz – ciecz prowadzone są w przemyśle: ciepłowniczym, chemicznym i petrochemicznym oraz przy przesyłaniu
gazu ziemnego i ropy naftowej. W wielu branżach do pomiaru mieszaniny
gaz – ciecz wykorzystuje się urządzenia, które są kosztowne i skomplikowane w obsłudze. Obecnie prowadzone są badania nad udoskonaleniem i rozwojem nowych metod pomiaru
strumienia masy dwufazowej, które wykazują dostateczną dokładność spełniając jednocześnie wymagania odnośnie niskich kosztów produkcji i nieskomplikowanej obsługi [1].
W pracy doktorskiej do pomiaru mieszaniny gaz – ciecz wykorzystuje się kryzy szczelinowe będące odmianą
kryzy standardowej. Badania mają na celu wyznaczenie charakterystyk oraz ocenę własności metrologicznych
kryz szczelinowych o różnych kształtach. W województwie opolskim możliwe jest wykorzystanie prototypowego przepływomierza zwężkowego w branżach gdzie pomiarowi podlega strumień mieszaniny gaz – ciecz.
Dotychczas przeprowadzona została modyfikacja istniejącego stanowiska, które znajduje się w Laboratorium
Komputerowych Technik Pomiarowych i Sterowania na Wydziale Mechanicznym. Wykonane zostały zwężki
95
specjalnie, a następnie rozpoczęte zostały badania eksperymentalne z ich użyciem. Uruchomiony został układ
akwizycji danych. Przeprowadzono pomiary czystego gazu i cieczy przy pomocy kryz szczelinowych i kryzy
standardowej. Wykonane zostały również eksperymenty związane z pomiarem przepływu strumienia dwufazowego gaz – ciecz z wykorzystaniem wybranych kryz. Przeprowadzono badania numeryczne kilku wariantów
kryz w celu obliczenia rozkładu ciśnienia wzdłuż ścianki rurociągu i oszacowania wartości trwałej straty ciśnienia.
Publikacje:
1. Tomaszewska B. Analiza porównawcza kryzy standardowej i szczelinowej przy pomiarze przepływu wody. Zeszyty
naukowe. Mechanika, Politechnika Opolska, Opole 2013.
2. Tomaszewska B. Wet gas measurement with slotted orifice, Materiały konferencyjne, Experimental Methods for Multiphase Flows, 2013.
3. Tomaszewska B. Metody pomiaru strumienia masy wybranych parametrów mieszaniny gaz- ciecz, Nowe trendy w naukach inżynieryjnych, Creative Science – Monografia 2012, Tom II, Kraków 2012.
4. Tomaszewska B. Pomiary wielkości fizycznych strugi dwufazowej, Materiały konferencyjne XLV Międzyuczelniana
Konferencja Metrologów, Głuchołazy 2013.
Udział w konferencjach:
1. Wpływ młodych naukowców na osiągnięcia polskiej nauki, III Edycja – Wrocław 25.11.2012r.
2. VI Środowiskowe Warsztaty Doktorantów Politechniki Opolskiej, Opole – Pokrzywna 2012.
3. Wpływ młodych naukowców na osiągnięcia polskiej nauki, IV Edycja – Gdańsk 13–14.04.2013r.
4. Szkoła Letnia i X Warsztaty Wielofazowe Gdańsk – Wieżyca 20–22 czerwca 2013.
5. VII Środowiskowe Warsztaty Doktorantów Politechniki Opolskiej, Opole – Pokrzywna 2013.
6. XLV Międzyuczelniana Konferencja Metrologów, Głuchołazy 8 – 11.09.2013.
7.Wpływ młodych naukowców na osiągnięcia polskiej nauki, V Edycja – Kraków 11. 01.2014.
Literatura:
1. Kumar P., Wong Ming Bing M., A CFD study of low pressure wet gas metering using slotted orifice meter. Flow Measurement and Instrumentation (2011) 22, s. 33 – 42.
96
Mechanika
prof. dr hab. inż. Grzegorz Gasiak
Analiza numeryczna wytężenia płyt perforowanych
w zależności od przyjętych warunków brzegowych
Celem pracy doktorskiej jest analiza numeryczna wytężenia płyt perforowanych. Praca ma za zadania określenie miejsc niebezpiecznych w płycie
perforownej i przy pomocy metod numerycznych pokazanie tych stref na
mapach przemieszczeń i naprężeń. Obliczenia numeryczne płyt perforowanych zweryfikowano każdorazowo z badaniami doświadczalnymi, które
zostały przeprowadzone dla identycznych warunków jak tych z symulacji
komputerowej. Badania te mają za zadanie poprawę metod projektowania
płyt perforowanych z uwzględnieniem stref niebezpiecznych.
mgr inż. Waldemar Ledwoń
II rok studiów
Badania nad wytężeniem płyt perforowanych w zależności od przyjętych warunków brzegowych mogą być
wykorzystane w wielu gałęziach przemysłu. Płyty perforowane używane są bowiem w przemyśle chemicznym
w reaktorach do syntezy amoniaku, ponadto w przesiewaczach materiałów sypkich, a także jako płyty montażowe w przemyśle dźwignicowym. Płyty perforowane służą bowiem do łączenia ze sobą dźwigarów suwnic
z czołownicami i przeprowadzenie analizy ich wytężenia popartej badaniami doświadczalnymi jest niezwykle
cenną informacją dla projektantów tego typu przyłączy. Analiza ta pozwala bowiem na optymalizację przyłącza
i wykonanie go w znacznie bardziej bezpieczny i optymalny sposób z inżynierskiego punktu widzenia. Osobiście
jestem związany z branżą suwnicową, dlatego wiem doskonale, że tego typu problem istnieje i zająłem się osobiście jego zbadaniem i jak najlepszym jego opisaniem w swoich publikacjach.
97
W opublikowanych dotychczas publikacjach zająłem się opisem problemu wytężenia płyt perforowanych obciążonych siłą skupioną i ciśnieniem na całej powierzchni. Przeanalizowałem w jaki sposób warunki podparcia płyty
perforowanej wpływają na rozkład stref niebezpiecznych w tego typu elementach konstrukcyjnych części maszyn.
Wyniki analiz numerycznych zostały zweryfikowane z doświadczeniami, które przeprowadzono na specjalnie zaprojektowanych stanowiskach badawczych do tego typu badań.
Publikacje:
1. Obliczenia płyt perforowanych poddanych obciążeniu normalnemu – publikacja zgłoszona na VII Środowiskowych
Warsztatach Doktorantów Politechniki Opolskiej w VI.2013, s. 95-98.
2. Wytężenie utwierdzonych prostokątnych płyt perforowanych obciążonych ciśnieniem – publikacja zgłoszona na konferencji naukowej ,,Wpływ Młodych Naukowców na osiągnięcia Polskiej Nauki” we Wrocławiu w XII.2013, s.263-265.
3. Analiza naprężenia w utwierdzonych prostokątnych płytach perforowanych obciążonych siłą skupioną– publikacja zgłoszona na konferencji naukowej ,,Wpływ Młodych Naukowców na osiągnięcia Polskiej Nauki” we Wrocławiu
w XII.2013, s.630-633.
4. Stan naprężenia i przemieszczenia prostokątnych płyt perforowanych poddanych obciążeniu normalnemu– publikacja zgłoszona na konferencji naukowej ,,Problemy rozwoju maszyn roboczych” w Zakopanem w I.2014, s.69-70.
5. Obliczenia numeryczne stanu naprężenia w utwierdzonej płycie perforowanej obciążonej ciśnieniem - publikacja
zgłoszona na VIII Środowiskowych Warsztatach Doktorantów Politechniki Opolskiej w VI.2014, s.105-108.
6. Modelowanie numeryczne stanu naprężenia i ugięcia płyt perforowanych obciążonych siłą skupioną - publikacja
zgłoszona na konferencji naukowej ,,Computer Aided Engineering” w Szklarskiej Porębie w VI.2014, publikacja ukazała się w czasopiśmie ,, Górnictwo Odkrywkowe” s.250-253.
Literatura:
1. W. Ledwoń, Obliczenia płyt perforowanych poddanych obciążeniu normalnemu, Zeszyty Naukowe Politechniki
Opolskiej, Opole 2013.
2. G. Gasiak, W. Ledwoń, Stan naprężenia i przemieszczenia prostokątnych płyt perforowanych poddanych obciążeniu
normalnemu, Zeszyty Naukowe Politechniki Opolskiej, Opole 2014.
98
Automatyka i Robotyka
dr hab. inż.
Krystyna Macek-Kamińska,
prof. PO
Automatyczne testowanie oprogramowania
urządzeń z ekranem dotykowym
Opracowanie metod automatycznego testowania oprogramowania przeznaczonego na urządzenia mobilne, takie jak tablety czy telefony z ekranem dotykowym. Budowa urządzenia do testowania oprogramowania
przeznaczonego na urządzenia mobilne – nazwa robocza urządzenia:
RoboTouch. Stworzenie oprogramowania sterującego urządzeniem i testami. RoboTouch będzie konkurować z istniejącymi, bardzo drogimi urządzeniami, które budowane są z myślą o testowaniu sprzętu. Można za ich
pomocą sprawdzać np. jakość ekranów dotykowych. Projekt badawczy ma
na celu stworzenie urządzenia przeznaczonego do testowania oprogramowania, a nie sprzętu mobilnego.
mgr inż. Marcin Kawalerowicz
III rok studiów
Urządzenie może być wykorzystane przez firmy programistyczne tworzące oprogramowanie dla urządzeń mobilnych. Do tej pory oprogramowanie takie testowane było przede wszystkim manualnie oraz poprzez wirtualizację
ekranu dotykowego. Dzięki RoboTouch możliwe będzie automatyczne testowanie z wykorzystaniem naturalnego dotyku. RoboTouch posiada manipulator, który dotyka urządzenia, na którym działa testowane oprogramowanie. Zamontowana kamera śledzi działanie manipulatora i ewaluuje wyniki tego działania. Oprogramowanie
sterujące wyciąga wnioski, co do poprawności działania testowanego oprogramowania.
RoboTouch budowany jest wraz z firmą CODEFUSION Sp. z o.o. z Opola, która zamierza używać go do testowania wytwarzanych przez siebie aplikacji przeznaczonych na smartfony.
99
Zbudowano w pełni działający prototyp RoboTouch (zdjęcie). Opracowano
oprogramowanie sterujące działaniem urządzenia, które umożliwia stworzenie ścieżki testowej oraz przeprowadzenie kontrolowanego testu.
Efekty pracy przedstawione zostały w dwóch artykułach opublikowanych
w „Zeszytach naukowych Politechniki Opolskiej”. W 2013 roku ukazał się
artykuł „Mobile software testing hardware – state-of-the-art”. W 2014 zatwierdzony do publikacji został artykuł „RoboTouch – building the mobile
software testing device”. Prototyp urządzenia zaprezentowany został na
Środowiskowych Warsztatach Doktorantów Politechniki Opolskiej w 2013
roku. Na konferencji Evaluation of Novel Approaches to Software Engineering
– ENASE, która odbyła się w 2013 w Angers we Francji zaprezentowano
wspólne z dr hab. inż. Lechem Madeyskim z Politechniki Wrocławskiej wyniki badań zagadnienia związane z inżynierią oprogramowania oraz testowaniem. Opublikowane one zostały pod tytułem „Continuous Test-Driven
Development”. Aktualnie trwają prace nad projektem oraz wydrukiem 3D
manipulatora. Planowane jest jego opatentowanie.
Prototyp urządzenia RoboTouch
podczas testowania oprogramowania na urządzeniu mobilnym
Literatura:
1. M. Kawalerowicz, Mobile software testing hardware – state-of-the-art, Zeszyty naukowe Politechniki Opolskiej Nr 350/2013, 37–39.
Analiza wpływu koła swobodnego w robocie mobilnym
trójkołowym w trakcie realizowania zadania logistycznego
Celem mojej pracy jest:
•analiza wpływu koła samonastawnego na ruch robota mobilnego,
•zbadanie efektywności energetycznej robota w zależności od transportowanej masy i konstrukcji robota.
mgr Tomasz Pyka
IV rok studiów
W dotychczasowej literaturze zagadnienie robotów mobilnych trójkołowych było wielokrotnie poruszane i jest nadal aktualne.
Nowy model robota mobilnego trójkołowego, który jest przedmiotem mojej pracy doktorskiej, uwzględnia
wpływ koła samonastawnego podczas poruszania się po zadanej trajektorii, co pozwala na dokładniejsze sterowanie. Podczas prac badawczych związanych z pracą doktorską udowodniono, że zmiana kąta skręcenia koła
samonastawnego skutkuje zmianą nacisków kół na podłoże. Dodatkowa przewaga konstrukcji trójkołowych polega na tym, iż są bardziej zwrotne, a tym samym opory wynikające z tarcia są mniejsze niż przy konstrukcjach
z czterema kołami. Nie bez znaczenia jest również prostota tego typu konstrukcji, co znajduje również swoje
odzwierciedlenie w przemyśle motoryzacyjnym (np. Mercedes-Benz Life-Jet, VW GX3, Toyota I-Swing, Phiaro
Eternity, czy Aprilia Magnet). Uwzględnienie koła samonastawnego może w przyszłości ułatwić prowadzenie
pojazdów w sposób zupełnie autonomiczny.
100
Wobec powyższego wykonano konstrukcję trójkołową, która podczas poruszania się uwzględnia wpływ koła samonastawnego i daną konstrukcję z powodzeniem uruchomiono w zakładzie produkcyjnym firmy HALUPCZOK
STOLARSTWO s.c. Robot przemieszczał się pomiędzy stanowiskami pracy, które były wyposażone w moduły
Bluetooth służące do określenia celu przejazdu robota.
Do chwili obecnej przetestowano robot zdolny przewieźć ładunek do 2kg, natomiast docelowo planowane jest
uruchomienie konstrukcji trójkołowej zdolnej przewieźć ładunek do 100kg. Autonomicznie poruszający się robot ma na celu usprawnienie procesu produkcji oraz odciążenie pracowników od przenoszenia ładunków niezbędnych do produkcji (kantówek, farb itp.).
Nowy model robota może również znaleźć zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym, do samochodów elektrycznych, które mogą być prowadzone przez komputer (bez kierowcy).
Podczas realizacji pracy doktorskiej dokonano symulacji regulatorów odpornych H2 oraz ślizgowych umieszczonych w robocie mobilnym trójkołowym, który jest przedmiotem mojego doktoratu. Wyniki tych symulacji
zamieszczono w czasopiśmie Pomiary Automatyka Robotyka oraz Zeszytach Naukowych Politechniki Opolskiej.
Następnie dokonano symulacji modelu robota, który uwzględnia wpływ modulacji szerokości impulsu (PWM)
wraz z uproszczonym modelem przekształtnika, przy uwzględnieniu pełnych równań nowego modelu robota
mobilnego będącego przedmiotem mojej pracy doktorskiej. Wyniki tej publikacji (JAMRIS) są dla fizycznego
modelu, który został wykonany. Przedstawione rezultaty pozwalają podjąć problematykę zużycia energii w pojazdach trójkołowych. Kolejnym krokiem było uwzględnienie w procesie symulacji ograniczeń sprzętowych
i próba poprawy wyznaczania współczynnika głębokości impulsu PWM, poprzez zastosowanie algorytmów
typu predyktor-korektor, które zostały zaimplementowane do rzeczywistego robota mobilnego trójkołowego.
Wyniki tych prac zostały przedstawione na konferencjach WOFEX w Ostrawie.
W ramach pracy doktorskiej dokonano również zgłoszenia patentowego podwozia pojazdu trójkołowego z kołem samonastawnym, w którym zastrzeżono min. sposób mocowania enkodera na kole samonastawnym oraz
umiejscowienie koła samonastawnego.
Opublikowane artykuły:
1. R. Beniak, T. Pyka, Influence of PWM on Trajectory Accuracy in mobile Robot Motion, JAMRIS Vol. 6, 2012, str. 50–56.
2. T. Pyka, Regulator odporny H2 w robocie mobilnym, Pomiary Automatyka Robotyka nr 10/2012 str. 66–70.
3. T. Pyka, An Application of Sliding Control in Mobile Robot Motion, Zeszyty Naukowe Politechniki Opolskiej, Elektryka z. 69, str. 89–90.
4. T. Pyka, Poprawa sterowania z użyciem algorytmów typu predyktor-korektor, Politechnika Opolska Prace Doktorantów-Články Doktorandů, Opole 2013, str. 101–104.
Konferencje:
1. T. Pyka, Effect of Rounding Duty Cycle on the PWM Modulation, WOFEX wrzesień 2012, Ostrava str. 546–549.
2. T. Pyka, Predictive algorithms for three-wheeled mobile robot control, WOFEX wrzesień 2013, Ostrava, s. 138–142.
1. P.407263 z dnia 20–02–2014 pt. „Podwozie pojazdu trójkołowego z kołem samonastawnym”.
101
Zastosowanie sztucznych sieci neuronowych
do diagnostyki związków chemicznych
Celem pracy jest opracowanie modelu neuronowego umożliwiającego
diagnostykę związków chemicznych na podstawie ich widm w podczerwieni, przy użyciu sztucznych sieci neuronowych (SSN).
Identyfikacja obiektu przy użyciu SSN polega na opracowaniu modelu numerycznego na podstawie danych pomiarowych wejść i wyjść obiektu.
Takie modelowanie wymaga zebrania danych uczących dla sieci. Do tej
pory badacze wykorzystywali SSN do rozpoznawania chemicznych grup
mgr Sławomir Stemplewski
funkcyjnych i podawali na wejściu sieci duże zakresy widm w podczerwieV rok studiów
ni, przez co program niewiele różnił się od standardowego podejścia do
procesu identyfikacji związków chemicznych. Autor pracy wraz z zespołem
badawczym z Wydziału Chemii Uniwersytetu Opolskiego zmodyfikował
metodę identyfikacyjną pozwalającą zmniejszyć wielkość wektora uczącego, a jednocześnie zachować wysoki
procent efektywności diagnostyki. Udało się w ten sposób zaprogramować narzędzie do wspomagania podjęcia decyzji, wykorzystujące o wiele mniejszą ilość wartości charakterystycznych obiektu zachowując przy tym
właściwości SSN takich jak uogólnianie zdobytej wiedzy oraz odporność na zakłócenia i uszkodzenia.
Metoda identyfikacji oparta na SSN wykorzystuje jedną ze swoich podstawowych zalet, czyli uogólnianie zdobytej
wiedzy, która polega na wskazywaniu najbardziej podobnego związku chemicznego do szukanego znajdującego
się w bazie danych programu. W metodzie „odcisku palca” porównuje się całe zakresy ze sobą i sprawdza w jakim
stopniu pokrywają się one, natomiast SSN porównuje położenie i wysokość 20 najwyższych punktów maksymalnych
oraz jest bardziej wyczulona na małe zmiany, dzięki czemu lepiej identyfikuje mieszaniny związków. SSN sama „uczy
się” znajdowania zależności pomiędzy związkami i ich rozpoznawania, a uszkodzenie nie ma wpływu na jej poprawne działanie. SSN znalazły zastosowanie w wielu dziedzinach nauki, tym razem w dziedzinie chemii analitycznej.
Oprogramowanie przygotowane do tego celu może być użytecznym narzędziem przy szybkim rozpoznawaniu
związków chemicznych np. w laboratoriach chemicznych, kryminalistycznych, dzięki wykorzystaniu zalety SSN do
uogólniania zdobytej wiedzy, czyli wskazywania podobnych związków chemicznych do tych znajdujących się w bazie danych programu. Program wskazuje drogę dalszych badań, poprzez zakwalifikowanie badanej substancji do
danej grupy związków chemicznych. Program może być również wykorzystany do sprawdzania jakości produktu.
W wyniku przeprowadzonych badań udało się uzyskać narzędzie służące do identyfikacji związków chemicznych
na podstawie widm w podczerwieni przy użyciu sztucznych sieci neuronowych. Uzyskano pozytywne wyniki
dla substancji jednoskładnikowych oraz dwuskładnikowych, co należy uznać za dobry rezultat. Dalszych badań
wymaga natomiast identyfikacja substancji więcej niż dwuskładnikowych.
Publikacje:
1. Stemplewski, Kamińska, Sudoł – Mixtures identification of chemical compounds on the basis of their IR spectra by
artificial intelligence – Ecological chemistry and engineering, listopad 2012.
2. Stemplewski, Macek-Kamińska – Wykorzystanie sztucznej sieci neuronowej do diagnostyki związków chemicznych
przy pomocy ich widm w podczerwieni – PAK 2013 nr 1.
3. Stemplewski – Identification of Chemical Compounds Using Neural Networks – the Overfitting problem. Politechnika Opolska, Elektryka nr 350/2013 z.69, 12–14 czerwca 2013.
102
dr hab. inż. Sławomir Zator,
prof. PO
Wykorzystanie metod wizyjnych do identyfikacji obiektów przestrzennych
Celem pracy doktorskiej jest opracowanie metody i narzędzia do wstępnej,
półautomatycznej diagnostyki obiektów na przykładzie przemysłu cementowego i energetycznego. Aby osiągnąć zadany cel konieczne jest opracowanie metody identyfikacji wybranych elementów na zdjęciach, dysponując ich modelem trójwymiarowym (3D) i zastosowanie metody selekcji
cech z wykorzystaniem teorii zbiorów przybliżonych i analizy korelacyjnej.
mgr inż. Rafał Gasz
III rok studiów
Diagnostyka prowadzonych badań oparta jest na wcześniejszych pracach, których celem była korekta zniekształceń geometrycznych obiektywów oraz wyznaczanie pozycji aparatów. Diagnostyka jest prowadzona w oparciu
o zastosowanie udoskonalonych w ramach pracy doktorskiej metod fotogrametrycznych oraz technik przetwarzania obrazów cyfrowych. Zastosowanie analizy obrazów cyfrowych pozwala na kontrolę położenia obiektów,
analizę ich stanu oraz badanie kompletności konstrukcji.
Możliwość zastosowania wyników badań prowadzonego projektu badawczego w zakładzie przemysłowym jakim jest cementownia jest bardzo duży. Zaproponowana metody diagnostyki jest stosunkowo nowa, przy czym
daje ona dobre rezultaty. Obecnie diagnostyka rurociągów oraz płaszcza pieca (na których analizie i diagnostyce skupiają się badania) jest prowadzona przypunktowo. Proponowana metoda pozwoli diagnozować fragmenty rurociągów bądź pieca jak i ich analizę w całości. Taka całościowa analiza przesunięć bądź odkształceń
pozwoli przewidzieć miejsce potencjalnego wystąpienia awarii. Metoda ta jest także szybka w działaniu oraz
łatwo implementowalna dla prowadzenia diagnostyki innych instalacji. Można ją zastosować nie tylko w przemyśle cementowym, ale także np. w energetyce. Opracowane narzędzie diagnostyczne zaspokoi występujące
zapotrzebowanie na wizyjne systemy diagnostyczne. Zastosowanie wyników badań może przynieść wymierne
korzyści finansowe. Pozwala także zwiększyć bezpieczeństwo pracy oraz zaplanować remonty mające na celu
konserwacje urządzeń, które poprawią produkcję oraz obniżą jej koszty.
103
Wykonano aplikację, dzięki której na podstawie wykonanych zdjęć jest możliwe odwzorowanie badanego obiektu. W tym
celu opracowano algorytm poprawy zdjęć. Algorytm ten dał możliwość poprawy jakości zdjęć wykonanych w warunkach przemysłowych. Opracowane oprogramowanie przyspieszyło znacznie analizę zebranego materiału fotograficznego w celu poddania go dalszej analizie diagnostycznej. W wyniku prowadzonych badań dokonano porównania, czy
otrzymane dane w warunkach laboratoryjnych i przemysłowych się pokrywają. Na podstawie wyników stwierdzono,
że opracowana metoda półautomatycznej diagnostyki elementów płaszcza pieca działa poprawnie dla zdjęć wykonanych w warunkach przemysłowych. Opracowano także narzędzie do obliczania przesunięcia się pieca w trakcie pracy.
Publikacje:
1. Gasz R., Zator S., Pomiary geometryczne wybranych detali wyrobów odlewniczych z zastosowaniem analizy obrazów, Pomiary Automatyka Kontrola, PAK 2014 nr 04, s. 253-256.
2. Gasz R., An analysis of an object’s parameters by means of image processing, WOFEX 2013, Eds: M. Krátký, J. Dvorský,
P. Moravec, VŠB – Technical University of Ostrava, FEECS, 2013, pp. 112–117, ISBN 978-80-248-3073-5.
3. Gasz R., Image analysis in quality control process, Zeszyty Naukowe Politechniki Opolskiej, Elektryka z.69 nr 350/2013,
Opole 2013, s.25-26, ISSN 1429-1533.
4. Gasz R., Identification of objects based on metric images as an effective diagnostic tool used in energetics, Computer applications in electrical engineering, Poznan University of Technology Academic Journals, issue 74, 2013, s.8794, ISSN 1897-0737.
5. Zator S., Gasz R., Identyfikacja elementów linii elektroenergetycznych z wykorzystaniem zdjęć wirtualnych, Wybrane zagadnienia gospodarki remontowej energetyki pod red. S. Zatora i M. Tomaszewskiego, Nowa Energia, Opole
2012, s. 94-112, ISBN 978-83-928582-8-7.
6. Zator S., Gasz R., Zastosowanie metod fotogrametrycznych na potrzeby monitoringu linii elektroenergetycznej, Wybrane zagadnienia gospodarki remontowej energetyki pod red. S. Zatora i M. Tomaszewskiego, Nowa Energia, Opole 2012, s. 49-66, ISBN 978-83-928582-8-7.
Konferencje:
1. XLV Międzyuczelniana Konferencja Metrologów, Głuchołazy 08-11 września 2013.
2. VII Środowiskowe Warsztaty Doktorantów Politechniki Opolskiej, Pokrzywna, 12-14.06.2013.
3. International Symposium on Electrodynamic and Mechatronic Systems – SELM 2013, Zawiercie, 15-18.05.2013.
Wykorzystanie termografii aktywnej do estymacji
wybranych parametrów materiałowych obiektu
Powszechnie stosowane stykowe metody pomiaru temperatury pozwalają określić ją w punkcie zainstalowania czujnika pomiarowego. Poprzez
termowizyjny pomiar temperatury można określić jej rozkład na całej powierzchni badanego obiektu. Umożliwiają to kamery termowizyjne, które
stają się coraz powszechniejszym narzędziem lokalizacji miejsc oraz ilościowej oceny nadmiernych strat ciepła lub wykrywania nieprawidłowości
w funkcjonowaniu różnorodnych urządzeń i instalacji energetycznych.
mgr inż. Mirosław Lasar
Termografia aktywna tym różni się od termografii pasywnej (klasycznego
IV rok studiów
termogramu), że badany materiał jest poddawany celowemu oddziaływaniu zewnętrznemu, najczęściej w postaci promieniowania długofalowego,
a w tym czasie rejestrowana jest sekwencja termogramów. Energia dostarczana przez zewnętrzne źródło powoduje lokalne dynamiczne zmiany rozkładu temperatury, które pozwalają
wykryć miejsca o odmiennej strukturze geometrycznej lub właściwościach cieplnych. Celem badań jest analiza
cieplna obiektów pod kątem lokalizacji miejsca, w którym możliwe jest wystąpienie awarii.
104
Termogram pieca obrotowego Cementowni Odra S.A.
Najczęściej wykorzystywanym źródłem oddziaływania zewnętrznego są lampy błyskowe lub halogenowe oraz
ultradźwięki [1]. Opracowywana metoda ma docelowo być wykorzystana m.in. w pomiarach grubości ścianek
obiektów osiowo-symetrycznych, takich jak np. piec obrotowy w Cementowni Odra SA, którego pojedynczy
termogram pokazano na rysunku.
Specyfika procesów bazujących na oddziaływaniach mechanicznych i termicznych, na stałe wpisana jest w zużywanie się poszczególnych elementów nieuchronnie prowadzących do awarii. Dlatego też celowy jest monitoring punktów najbardziej obciążonych i często krytycznych dla obiektu. Punkty takie można częściowo zlokalizować wykorzystując techniki pracujące w paśmie średniej podczerwieni, czyli termowizyjne.
Dalsza współpraca polegać będzie na wykonaniu innowacyjnego systemu diagnostycznego, który pozwoli na
szybkie wykrycie wystąpienia możliwych uszkodzeń (awarii). W ramach współpracy Cementowania Odra SA zapewni możliwość wykonania badań i testów zaproponowanych rozwiązań na rzeczywistym obiekcie.
Analiza otrzymanych danych powinna pozwolić na skorygowanie termogramów uwzględniających zmianę kąta
obserwacji kamerą obiektu. Cykliczne pozyskanie danych i analiza zmian właściwości materiałowych pozwoli
na identyfikację zachodzących w obiekcie zmian. Zgromadzone w długim okresie czasu pozwolą na podjęcie
decyzji o stanie obiektu. Dalsze rozwijanie opracowanego oprogramowania pozwoli uzyskać jego pełną funkcjonalność oraz implementację na terenie Cementowni ODRA SA.
Ważniejsze publikacje:
1. S. Zator, M. Lasar, Stanowisko do diagnostyki stanu technicznego rur kotłowych, XLV Międzyuczelniana Konferencja
Metrologów, Głuchołazy 2013, Prace Komisji Metrologii Oddziału PAN w Katowicach, Seria: Konferencje nr 17, ISBN:
978–83–930505–6-7.
2. S. Zator, P. Michalski, M. Lasar, Łączenie chromatyki obrazów z danymi przestrzennymi, Pomiary, Automatyka, Kontrola, nr 11/2012, s. 962–964.
3. S. Zator, M. Lasar, Rekonstrukcja termogramów wysokiej rozdzielczości na podstawie standardowych obrazów termowizyjnych, Pomiary, Automatyka, Kontrola, nr 11/2012, s. 965–967.
4. XLV Międzyuczelniana Konferencja Metrologów, Głuchołazy 08–11 września 2013 r. – członek komitetu organizacyjnego.
Literatura:
1. W. Więcek, G. De Mey, Termowizja w podczerwieni. Podstawy i zastosowania, Wydawnictwo PAK, Warszawa 2011.
105
Identyfikacja oraz rekonstrukcja elementów rurowych
w instalacjach przemysłowych na potrzeby inwentaryzacji
Celem realizowanej pracy doktorskiej jest opracowanie narzędzia informatycznego pozwalającego na przetwarzanie danych ze skanera laserowego w taki sposób, aby można było zdigitalizować wybrane elementy
badanej sceny.
mgr inż. Paweł Michalski
IV rok studiów
Opracowane rozwiązanie ma w znaczny sposób przyspieszyć proces wykonywania inwentaryzacji instalacji przemysłowych. Proces dokładnej inwentaryzacji obiektu jest kluczowym elementem do przeprowadzenia jego diagnostyki. Dane w postaci chmury
punktów, które generowane są przez skaner laserowy reprezentują precyzyjną informację na temat topologii
badanego obiektu [1]. Instalacje przemysłowe cechują się dużą złożonością, dlatego też najistotniejszym elementem związanym z przetwarzaniem chmur punktów jest ich segmentacja. Opracowano wiele metod pozwalających na wydzielenie określonych fragmentów z chmury punktów np. cylindrów czy płaszczyzn [2]. Jednak
w większości nadają się one wyłącznie do zastosowania w przypadku danych symulacyjnych. W ramach realizowanej pracy doktorskiej opracowano metodę bazującą na przetwarzaniu chmury punktów jako niezależnych
obrazów dwuwymiarowych pozwalającą na taką segmentację danych rzeczywistych, aby można ją było wykorzystać do identyfikacji obiektów rurowych oraz płaszczyznowych instalacji technicznych. Stworzone oprogramowanie bazuje na modyfikacji Transformaty Hougha dla obrazów dwuwymiarowych oraz metodzie RANSAC,
którą wykorzystano do identyfikacji elementu w obrębie pojedynczego segmentu. W efekcie czego proces
inwentaryzacji może być zrealizowany w znacznie krótszym czasie oraz ze znacznie mniejszą niepewnością.
Niewątpliwym efektem pracy doktorskiej jest opracowanie autorskiego oprogramowania, którego fragmenty
opisano w poniższych publikacjach. Kolejnym efektem są badania prowadzone w Cementowni Odra Opole dotyczące badania geometrii pieca obrotowego oraz możliwości wykorzystania skanera laserowego do pomiarów precyzyjnych.
Publikacje:
1. Zator S., Michalski. P.: Wykrywanie obiektów w chmurze punktów na bazie przetwarzania pojedynczej linii, Prace Komisji Metrologii Oddziału PAN w Katowicach Seria: Konferencje nr 1, 2013, ISBN 978–83–930505–6-7.
2. Michalski P.: Point Cloud Planes Extraction Using RANSAC Algorithm, Zeszyty Naukowe Politechniki Opolskiej, seria
Elektryka z.69 ISSN 1429–1533, s.51–54.
3. Michalski P.: Point cloud primitive object extraction using RANSAC algorithm, Zeszyty Naukowe Politechniki Opolskiej, Prace doktorantów, Październik 2013 ISBN 978–83–64461–00–2.
Literatura:
1. B. Kraszewski: Wykorzystanie naziemnego skaningu laserowego do inwentaryzacji pomieszczeń biurowych, Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, Vol. 23, 2012.
2. M. Poręba, F. Goulette: Automatyczna detekcja płaszczyzn w chmurze punktów w oparciu o algorytm RANSAC i elementy
teorii grafów, Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji Vol. 24, 2012, s. 301 – 310, ISBN 978–83–61576–22–8.
106
prof. dr hab. inż. Ryszard Rojek
Zastosowanie algorytmów neuronowo – rozmytych do optymalizacji
sterowania wybranych układów mechatronicznych
Opracowanie i testowanie wybranych algorytmów hybrydowych neuronowo-rozmytych w sensie przyjętych kryteriów, przy czym optymalizacji podlegać będą zarówno struktura jak i parametry modeli neuronowo-rozmytych.
Proponowane algorytmy przetestowane zostaną na stanowisku laboratoryjnym z wykorzystaniem dwurotorowego systemu aerodynamicznego.
mgr inż. Piotr Woźnica
I rok studiów
Rozprawa doktorska dotyczy innowacyjnego sterowania neuronowo-rozmytego przykładowym obiektem mechatronicznym. Problemy efektywnego sterowania obiektami przemysłowymi są bardzo istotnymi z punktu widzenia kryteriów jakościowych jak i ekonomicznych w odniesieniu dla gałęzi przemysłu województwa opolskiego. Rozwijający się przemysł wymaga innowacyjnych metod sterowania dla poprawy jakości produktów, dzięki
czemu może utrzymać konkurencyjność na rynkach światowych. Kwestie efektywnego sterowania i pozycjonowania obiektów mechatronicznych są bardzo istotne np. w procesie produkcji narzędzi diamentowych takich
jak ciągadła do drutu. Precyzyjne sterowanie położeniem detalu produkcyjnego w czasie obróbki ma decydujący wpływ na końcową jakość produktu. Zapewnienie wysokiej jakości narzędzia diamentowego powoduje
zwiększenie konkurencyjności w stosunku do czołowych producentów europejskich. Wyniki badań mogą znaleźć zastosowanie praktycznie w każdej nowoczesnej dziedzinie przemysłu na terenie województwa opolskiego.
107
W dotychczasowych badaniach dokonano szczegółowej analizy obiektu sterowania, oceniono możliwości realizacji wybranych algorytmów sterujących oraz przeprowadzono badania modelowe. Zrealizowano syntezę
modelu neuronowo-rozmytego o wyższej efektywności w stosunku do modelu analitycznego. Przeprowadzono
wstępne badania stabilności układu sterowania rozmytego.
W efekcie przeprowadzonych badań opublikowano następujące pozycje:
1. P. Woźnica, Modelowanie dwurotorowego systemu aerodynamicznego z wykorzystaniem systemu neurorozmytego, Konferencja Automation 2014, 26–28 marca 2014, Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów, Warszawa (wygłoszeny referat).
2. P. Woźnica, Modelowanie dwurotorowego systemu aerodynamicznego z wykorzystaniem systemu neurorozmytego, Pomiary Automatyka Robotyka, s. 144–149, nr 6, 2014.
Literatura:
1. J. Łęski, Systemy neuronowo-rozmyte, WNT, Warszawa, 2008.
2. A. Piegat, Modelowanie i sterowanie rozmyte, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa, 1999.
3. L. Rutkowski, Metody i techniki sztucznej inteligencji, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2012.
4. Mathworks, MATLAB Fuzzy Logic Toolbox. User’s Guide, Mathworks, 2014.
5. P. Woźnica, Problemy sterowania rozmytego wybranym obiektem nieliniowym na przykładzie dwurotorowego systemu aerodynamicznego – wybrane zagadnienia, Praca Dyplomowa magisterska, Politechnika Opolska, Opole, 2013.
6. J. Korbicz, Systemy inteligentne w automatyce i diagnostyce procesów. Stan i kierunki rozwoju w kraju., (pod redakcją)
Malinowski K., Dindorf R. (Re.), Postępy automatyki i robotyki cz. 1. Komitet Automatyki i Robotyki PAN, Kielce, 2011.
7.A. Dzieliński, Modelowanie i sterowanie układów nieliniowych metodami neuropodobnymi, Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektryka. – Z.119, Warszawa, 2002.
108
dr hab. inż. Jan Sadecki, prof. PO
Modelowanie procesów rozprzestrzeniania i kumulacji
zanieczyszczeń w architekturze masowo-równoległej
Modelowanie procesów dyspersji zanieczyszczeń w atmosferze jest jednym
z kluczowych aspektów, które pozwalają realizować szereg zadań określonych przez systemy zarządzania jakością powietrza. Dostępne modele propagacji zanieczyszczeń charakteryzują się odrębnym podejściem w traktowaniu przemian chemicznych oraz opisu zjawisk związanych z transportem
zanieczyszczeń. Liczba przyjętych założeń nakłada na modele ograniczenia
w zakresie skali przestrzennej i czasowej, a sposób wyznaczania stężeń –
określone koszty obliczeniowe. Modelowanie rozprzestrzeniania zanieczyszczeń w dużej skali przestrzennej przy jednoczesnym zachowaniu dokładności obliczeń generuje problemy, których rozwiązanie jest niezwykle
czasochłonne, stąd głównym celem pracy było opracowanie rozproszonego
modelu obliczeniowego dla dynamicznego procesu rozprzestrzeniania zanieczyszczeń, dostosowanego do realizacji w środowisku maszyn równoległych, a w szczególności w architekturze masowo-równoległej z jednoczesnym poszukiwaniem rozwiązań najbardziej efektywnych obliczeniowo.
mgr inż. Tomasz Przybyła
IV rok studiów
Opracowane w ramach dotychczasowej współpracy z przedsiębiorstwem rozwiązania w zakresie wykorzystania
nowoczesnych technologii wspomagających modelowanie procesów z czasoprzestrzenną dynamiką, wykorzystane są do oceny stanu powietrza atmosferycznego w dużych skalach przestrzennych i czasowych przy jednoczesnym zaspokojeniu szeregu wymagań związanych z jakością i czasem uzyskania wyników. Zaproponowane
rozwiązania stały się istotnym uzupełnieniem narzędzi wspomagania oceny jakości powietrza w skali regionalnej, pozwalając na realizację zadań, które dotychczas nie mogły być wykonywane z racji ograniczeń jakie wnosił
model propagacji zanieczyszczeń w kontekście przetwarzania w heterogenicznych platformach obliczeniowych.
109
Podjęta w pracy tematyka badań traktowana była jako problem optymalizacyjny poszukiwania dopuszczalnego przydziału zadań dla procesorów, kolejności wykonania tych zadań oraz przydziału ograniczonych zasobów
w celu osiągnięcia możliwe jak najkrótszego czasu obliczeń. Uzyskane rezultaty badań przedstawiono na krajowych i międzynarodowych konferencjach.
1. T. Przybyła, The Possibility of the Implementation of the Gaussian Puff Model in the Parallel Architecture, WOFEX
2013, VŠB – Technical University of Ostrava, FEECS, Ostrava 2013, pp. 542–545.
2. T. Przybyła, An Implementation of Procedure for Screen Out the Puffs in the Massively Parallel Architecture, Zeszyty
Naukowe Politechniki Opolskiej, Elektryka, z.69, Opole 2013, s. 87–89.
3. T. Przybyła, Numeryczne aspekty modelowania dyspersji zanieczyszczeń w powietrzu atmosferycznym, Interdyscyplinarność badań naukowych, konferencja CO-OPER FIELD, Politechnika Wrocławska, Wrocław 2013, s. 468–472.
4. T. Przybyła, Analiza czynników wpływających na czas obliczeń stężeń zanieczyszczeń w gaussowskim modelu obłoku, Technologie informatyczne i ich zastosowanie w nauce, technice i edukacji, monografia pod red. prof. dr hab.
inż. A. Jastriebov, Politechnika Radomska, Radom 2013, s. 198–208.
5. T. Przybyła, Modelowanie propagacji zanieczyszczeń w architekturze wielordzeniowej na potrzeby diagnostyki jakości powietrza, Prace doktorantów, Články doktorandů, Opole 2013, s. 97–101.
6. T. Przybyła, Impact of meteorological data resolution on the results of air quality modeling, Zeszyty Naukowe Politechniki Opolskiej, Elektryka, z.70, Opole 2014, s. 75–77.
7.T. Przybyła, Implementation of the Plume Rise Procedure in the Massively Parallel Architecture, WOFEX 2013, VŠB –
Technical University of Ostrava, FEECS, Ostrava 2013, pp. 134–138.
110
dr hab. inż. Wiesław Tarczyński,
prof. PO
System sterowania dostarczaniem i zużyciem energii
w małych obiektach mieszkalnych i przemysłowych
Celem pracy jest opracowanie oraz zaimplementowanie algorytmu ukierunkowanego na podejmowanie w czasie rzeczywistym decyzji dotyczących wyboru źródła energii w budynku mieszkalnym. Zadaniem algorytmu
jest wybór najefektywniejszego, a zarazem najtańszego źródła energii przy
uwzględnieniu aktualnych warunków klimatycznych panujących wewnątrz
oraz na zewnątrz budynku, jak i przy uwzględnieniu aktualnych cen energii.
mgr inż. Łukasz Grzesik
III rok studiów
Podstawową cechą technologii Smart Grid jest racjonalne gospodarowanie energią oraz jej pozyskiwanie z lokalnych odnawialnych źródeł energii. Przy dynamicznie zmieniających się warunkach atmosferycznych oraz
zmiennych parametrach obciążenia sieci elektroenergetycznej potrzebne jest zautomatyzowane i bezobsługowe urządzenie zarządzające lokalnymi źródłami w celu optymalnego wykorzystania energii pozyskiwanej
z odnawialnych źródeł energii.
Zastosowanie uniwersalnego sterownika połączonego z kilkoma źródłami energii powoduje wymierne korzyści ekonomiczne. Pozwala na zwiększenie efektywności wykorzystania zainstalowanych lokalnie w budynku
mieszkalnym odnawialnych źródeł energii (OZE), dając jednocześnie korzyści ekonomiczne wynikające z optymalnego wykorzystywania dostępnej energii oraz pełen komfort użytkowania OZE bez konieczności jakiejkolwiek ingerencji użytkownika.
Racjonalne gospodarowanie energią jest zagadnieniem bardzo istotnym na terenie całego kraju, jednak na terenie województwa opolskiego zagadnienie to nabiera jeszcze większego znaczenia. Na terenie naszego województwa w szybkim tempie powstają farmy wiatrowe, farmy fotowoltaiczne oraz ciepłownie i elektrownie
111
biogazowe. Dynamicznie rozwija się również rynek OZE przeznaczonych dla indywidualnych gospodarstw domowych. Najczęściej wybieranymi przez indywidualnych inwestorów źródłami energii są kolektory słoneczne,
panele fotowoltaiczne, pompy ciepła oraz małe turbiny wiatrowe. Optymalne i wielokryterialne zarządzanie
odnawialnymi źródłami energii z uwzględnieniem już istniejących konwencjonalnych źródeł energii staje się
zagadnieniem istotnym i zarazem innowacyjnym. Dodatkowym atutem województwa opolskiego są uwarunkowania geograficzne, czyli dobre warunki nasłonecznienia oraz równie dobre warunki wietrzne, co sprawia,
że odnawialne źródła energii są częściej instalowane.
Pozyskano z literatury niezbędne do rozpoczęcia prac informacje dotyczące stosowanych na rynku krajowym
oraz zagranicznym systemów sterowania o identycznej lub zbliżonej funkcjonalności.
Dokonano również rozpoznania pod względem budowy, funkcjonowania i kosztów eksploatacji odnawialnych
oraz nieodnawialnych źródeł energii stosowanych w budynkach jednorodzinnych. Na podstawie literatury oraz
badań własnych opracowano modele matematyczne poszczególnych źródeł energii. Jednocześnie prowadzone są prace nad opracowaniem koncepcji i układu prototypowego do sterowania źródłami energii dostępnymi
w budynku mieszkalnym oraz wykonaniem projektu układów pomiarowych i wykonawczych.
Wynikiem podejmowanych prac są artykuły w czasopismach krajowych o tematyce zebranej w studiach literaturowych dotyczących OZE w zakresie ich własności i możliwości stosowania na rynku krajowym. Zawierają
również informacje zdobyte w czasie prac własnych, szczególnie w zakresie wykorzystania energii słonecznej.
Publikacje:
1. Grzesik Ł.: Pomiar właściwości elektrycznych i termicznych paneli fotowoltaicznych. Prace doktorantów, Politechnika Opolska, Opole, listopad 2012.
2. Grzesik Ł.: Energia w domu jednorodzinnym, Wybrane zagadnienia gospodarki remontowej energetyki. Opole 2012.
3. Grzesik Ł., Tomaszewski M.: Natężenie promieniowania słonecznego w aspekcie identyfikacji stanowiska systemu
fotowoltaicznego. Inżynieria Wytwarzania, Kalisz 2012.
4. Grzesik Ł., Tarczyński W.: Analiza ekonomiczna systemu grzewczego złożonego z pompy ciepła współpracującej z kolektorami. Czysta Energia 6 (142)/2013, ss. 32–36.
5. Grzesik Ł.: Intensity at solar radiation in position identification at a photovoltaic system. Zeszyty Naukowe Politechniki Opolskiej, nr 350/2013.
112
prof. dr hab. inż.
Anna Walaszek-Babiszewska
Inteligentne wyszukiwanie wiedzy diagnostycznej
wykorzystujące rozmytą logikę opisową na przykładzie
wybranej klasy obiektów diagnozowanych
Utworzenie koncepcji systemu wyszukiwania wiedzy diagnostycznej w sieciach semantycznych jako systemu dokonującego klasyfikacji obiektów
diagnozowanych na podstawie metody wyostrzania danych w języku rozmytej logiki opisowej.
mgr inż. Anna Bryniarska
IV rok studiów
Aktualnie informacje, z którymi stykamy się w codziennym życiu, są coraz
częściej przechowywane lub przetwarzane za pomocą sieci komputerowych. Coraz częściej korzystamy z sieci Internet, w której wiele informacji jest nieprecyzyjnie lub niejasno określonych. W takich przypadkach tradycyjne przeszukiwanie danych nie jest wystarczające, gdyż często wyniki
wyszukiwania nie są precyzyjne lub całkowicie odbiegają od oczekiwanych. Taki problem występuje głównie
w specjalistycznych dziedzinach, takich jak poszukiwanie publikacji naukowych, zagadnień medycznych, informacji biznesowych i innych.
Praca skupia się na opracowaniu algorytmów wyszukiwania wiedzy opisanej w sposób rozmyty za pomocą rozmytej logiki opisowej fuzzyDL. Takie algorytmy mogą posłużyć do stworzenia wyszukiwarki, która będzie potrafiła znaleźć poszukiwane informacje na podstawie ich znaczenia (semantyki) oraz pozwoli w lepszy sposób
wykorzystać zasoby danych jakie posiadamy.
W ramach projektu na potrzeby pracy doktorskiej został stworzony system diagnostyki kotłów gazowych małej mocy. Pozwala on na wyszukiwanie stanu badanego urządzenia oraz części kotła, które mogły ulec awarii
lub usterce na podstawie obserwowanych symptomów. Utworzona aplikacja zawiera tezaurus dla wiedzy z tej
113
dziedziny napisany w języku OWL. Aplikacja może zostać wykorzystana w przemyśle na przykład przez instalatorów, serwisantów czy zwykłych użytkowników kotłów gazowych do ich diagnostyki w celu ustalenia jakie
elementy w kotle należy naprawić. Sam tezaurus oraz opracowane w pracy algorytmy mogą posłużyć jako
baza wiedzy, którą można wykorzystać w celu utworzenia inteligentnej, semantycznej wyszukiwarki wiedzy.
W ciągu ostatnich dwóch lat udało się przedstawić dużą część mojej pracy w postaci publikacji naukowych. Można
tu wymienić artykuł The algorithm of knowledge defuzzification in semantic network przedstawiony na konferencji Information Systems Architecture and Technology oraz artykuł The Paradox of the Fuzzy Disambiguation
in the Information Retrieval opublikowany w czasopiśmie International Journal of Advanced Research in Artificial
Intelligence. Ponadto wzięłam udział w konferencjach o zasięgu krajowym i międzynarodowym. W ostatnim
roku uczestniczyłam w międzynarodowej konferencji IADIS International Conference Intelligent Systems and
Agents, która odbyła się w Pradze w Czechach.
Literatura:
1. Baader F., Calvanese D., McGuinness D. L., Nardi D., Patel-Schneider P. F., eds.: The Description Logic Handbook: Theory, Implementation and Applications. Cambridge University Press, Cambridge 2003.
2. Bobillo F., Straccia U.: FuzzyDL: An Expressive Fuzzy Description Logic Reasoner. IEEE World Congress on Computational Intelligence, 1–6 June 2008, s. 923–930, Hong Kong 2008.
3. Bubnicki Z.: Wstęp do systemów ekspertowych. PWN, Warszawa 1990.
4. Kacprzyk J.: Wieloetapowe sterowanie rozmyte. WNT, Warszawa 2001.
5. Knosala R. i zespół: Zastosowanie metod sztucznej inteligencji w inżynierii produkcji. WNT, Warszawa 2002.
6. Korbicz J., Kowalczuk Z., Cholewa W., Kościelny J. M.: Diagnostyka procesów. WNT, Warszawa 2002.
7.Moczulski W.: Diagnostyka techniczna: Metody pozyskiwania wiedzy. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2002.
8. Simou N., Stoilos G., Tzouvaras V., Stamou G., Kollias S.: Storing and Querying Fuzzy Knowledge in the Semantic Web.
Proceedings of 4th International Workshop on Uncertainty Reasoning for the Semantic Web Sunday 26th October,
Karlsruhe, Germany 2008.
9. Straccia, U.: A Fuzzy Description Logic. Proceedings of the 15th National Conference on Artificial Intelligence (AAAI98), s. 594–599, USA, Madison 1998.
114
Budowa i Eksploatacja
Maszyn
dr hab. inż. Andrzej Augustynowicz,
prof. PO
Diagnostyka stanu koła ogumionego samochodu
osobowego w warunkach testu drogowego
Niewyrównoważenie zespołu opony i obręczy koła samochodu objawia się
drganiami o częstotliwości i amplitudzie wzrastającej wraz z prędkością obrotową koła, a tym samym i prędkością liniową pojazdu. Tego typu drgania
skutkują pogorszeniem komfortu jazdy co może rzutować na osłabienie koncentracji kierującego i bezpieczeństwo ruchu drogowego. Niewyważenie
jest zjawiskiem szkodliwym dla samochodu, bowiem zwiększa dynamiczne
obciążenie łożysk, kół i zawieszenia, tym samym przyspieszając zużywanie
się tych podzespołów.
mgr Krzysztof Prażnowski
IV rok studiów
W ramach przeprowadzonych badań eksperymentalnych dokonano analizy drgań masy nieresorowanej (elementu mocującego koło ogumione do
nadwozia) oraz resorowanej (nadwozia) samochodów osobowych klasy
średniej wywołanych niewyrównoważeniem koła ogumionego. Przeprowadzone badania podzielono na dwa
etapy. W pierwszym dokonano pomiarów stacjonarnych w warunkach laboratoryjnych. W drugim etapie badania prowadzono w warunkach ruchu drogowego.
Opracowano własny algorytm przetwarzania zarejestrowanych danych oraz koncepcję układu pomiarowego,
którego innowacyjnym rozwiązaniem było zastosowanie pojedynczego czujnika przyspieszenia, który zamocowano wewnątrz badanego pojazdu.
Wykonano model symulacyjny ¼ samochodu z uwzględnieniem siły wymuszającej wywołanej przez koło niewyrównoważone z uwzględnieniem masy niewyrównoważonej oraz współczynnikami charakteryzującymi koło
ogumione oraz zawieszenie pojazdu. Przeprowadzono analizę porównawczą wyników uzyskanych w testach
drogowych, stanowiskowych oraz w modelu symulacyjnym.
115
W ramach prowadzonych badań wykonano serię pomiarów stanu kół ogumionych pojazdów wykorzystywanych do nauki jazdy szkoły PZMtu. W pojazdach tych zamontowano system do wczesnego wykrywania niewyrównoważenia koła. Dane uzyskane w trakcie pomiarów poddano analizie cyfrowej, wykorzystując własny algorytm do przetwarzania danych.
Obecnie w pojazdach nie jest stosowany układ do wczesnego ostrzegania kierowcy o wystąpieniu niewyrównoważenia koła ogumionego. Wczesne wykrycie takiego zjawiska może zapobiec poważnym uszkodzeniom
elementów układu kierowniczego, zawieszenia oraz przeniesienia napędu.
Uzyskane wyniki zaprezentowano na konferencjach związanych z tematyką analizy sygnału (SELM, IEEE), układami
mechatronicznymi maszyn roboczych (Politechnika Warszawska) oraz konferencjach doktoranckich (CreatiwTime,
Warsztaty naukowe Politechniki Opolskiej). Prezentowane wnioski spotkały się z dużym zainteresowaniem ze
strony pozostałych uczestników konferencji, uzyskano w ten sposób cenne wskazówki na temat przyszłych badań. Złożony został wniosek patentowy: „Sposób pomiaru prędkości obrotowej koła ogumionego pojazdu drogowego i układ do pomiaru prędkości obrotowej koła ogumionego pojazdu drogowego”, Nr zgłoszenia: P401304.
116
Maszyn
dr hab. inż. Aleksander Karolczuk,
prof. PO
Zastosowanie koncepcji najsłabszego ogniwa w obliczeniach
trwałości zmęczeniowej stalowych złączy spawanych
Praca w swoim zakresie obejmuje rozszerzenie zagadnień teorii niezawodności maszyn i konstrukcji na obszar obliczeń trwałości zmęczeniowej stalowych złączy spawanych. Głównym celem pracy jest opracowanie
probabilistycznego modelu obliczeniowego oraz identyfikacja parametrów
oryginalnej koncepcji wyznaczania rozkładów prawdopodobieństwa zniszczenia elementów spawanych.
dr inż. Łukasz Blacha
Spawanie jest szeroko stosowaną techniką łączenia materiałów. W przeważającej większości konstrukcji spawanych zniszczenie było skutkiem zmęczenia materiału, a inicjacja procesu zniszczenia miała miejsce w strefie
wpływu ciepła znajdującej się w obszarze złącza spawanego.
Wyniki przeprowadzonych badań znajdują zastosowanie do szacowania trwałości zmęczeniowej złożonych konstrukcji spawanych, w których ze względu na przeszkody natury technologicznej (np. wymiary, środowisko pracy) brak jest możliwości obróbki cieplnej lub mechanicznej złącza umożliwiającej zmianę geometrii spoiny oraz
ujednorodnienie struktury materiałowej. Opracowana metoda obliczeniowa może znaleźć zastosowanie podczas
projektowania lub wykonywania szkieletów nośnych konstrukcji narażonych na obciążenia zmienne o charakterze naturalnym lub wymuszonym, tj. ramy nośne, obiekty infrastruktury przesyłowej, mosty, słupy, hale itp.
117
Dwuwymiarowy rozkład prawdopodobieństwa zniszczenia złącza spawanego Pf, gdzie:
Δσ – zakres naprężeń, MPa; Nf – liczba cykli do zniszczenia (trwałość)
W trakcie trwania projektu przeprowadzono badania numerycznie wyznaczonych pól naprężeń w złączu spawanym [1], eksperymentalne badania rozkładu naprężeń własnych oraz wstępną walidację modelu obliczeniowego. Wykorzystując wyniki badań wyznaczono parametry rozkładu prawdopodobieństwa zniszczenia złączy
spawanych. Tak opracowany rozkład stanowi trzon probabilistycznego modelu wyznaczania trwałości stalowych
złączy spawanych z wykorzystaniem koncepcji najsłabszego ogniwa. Novum stanowi implementacja dwóch
założeń. Pierwszym z nich jest możliwość zastosowania koncepcji najsłabszego ogniwa, która wyraża się przez
zdefiniowanie złącza spawanego jako znany z teorii niezawodności maszyn układ szeregowy. Drugim z nich jest
wykorzystanie rozkładu prawdopodobieństwa zniszczenia w szerokim zakresie trwałości, co w prosty sposób
umożliwia wyznaczenie trwałości na wymaganym poziomie prawdopodobieństwa (rysunek).
Efekty pracy zostały opublikowane w szeregu opracowań [2–4], w tym na łamach czasopisma znajdującego się
na tzw. „liście filadelfijskiej”.
W okresie realizacji projektu uczestniczono w dwóch konferencjach tematycznych: XXVI Konferencji Naukowej
Problemy Rozwoju Maszyn Roboczych (Zakopane, styczeń 2013) oraz w IIW International Conference on”
Automation in Welding” (Essen, wrzesień 2013).
Podsumowaniem pracy badawczej była publiczna obrona pracy doktorskiej która odbyła się w dniu 26 lutego 2014r.
Literatura:
1. Ł. Blacha, A. Karolczuk: Identification of efficient material S-N curve for steel welded joints, Materials Science Forum,
vol. 726, 2012, pp. 118-124. doi:10.4028/www.scientific.net/MSF.726.118.
2. Ł. Blacha, A. Karolczuk: Algorytm modelowania trwałości zmęczeniowej stalowych złączy spawanych w oparciu
o koncepcję najsłabszego ogniwa, XXVI Konferencja Naukowa Problemy Rozwoju Maszyn Roboczych, Akademia
Górniczo – Hutnicza w Krakowie, Zakopane, 27 – 31 stycznia, 2013.
3. Ł. Blacha: Zastosowanie koncepcji najsłabszego ogniwa w obliczeniach trwałości zmęczeniowej stalowych złączy
spawanych, VII Środowiskowe warsztaty doktorantów Politechniki Opolskiej, Zeszyty naukowe Politechniki Opolskiej, Seria: Mechanika, z.102, ss.09-13, Pokrzywna, 12 – 14 czerwca, 2013.
4. Ł. Blacha, A. Karolczuk, R. Bański, P. Stasiuk: Application of the weakest link analysis to the area of fatigue design of
steel welded joints, Engineering Failure Analysis 35, 2013, pp. 665–677. doi:10.1016/j.engfailanal.2013.06.012.
118
Zjawiska degradacyjne w bimetalu stal-tytan przy obciążeniach cyklicznych
Celem pracy jest poznanie właściwości zmęczeniowych bimetalu stal S355J2 –
tytan Grade 1, który został wykonany w technologii zgrzewania wybuchowego.
Praca swoim zakresem obejmuje w szczególności:
•budowę charakterystyki zmęczeniowej bimetalu stal-tytan w warunkach
cyklicznego rozciągania-ściskania, odniesienie wyników eksperymentalnych do trwałości zmęczeniowej materiału podstawowego (S355J2)
i nakładanego (tytan Grade 1) przed procesem zgrzewania,
•analizę zachowania się materiału w warunkach obciążeń cyklicznych:
zjawisko ratchetingu, niestabilności cyklicznej.
mgr inż. Mateusz Kowalski
IV rok studiów
Podczas realizacji pracy przeprowadzano badania eksperymentalne oraz symulacje numeryczne. Badania zmęczeniowe zrealizowano przy użyciu hydraulicznej maszyny zmęczeniowej i obejmują cykliczną próbę rozciągania-ściskania. Testy zmęczeniowe połączono z rejestracją odkształceń przy użyciu tensometrów. Pomiar naprężeń własnych metodą trepanacyjną został przeprowadzony na specjalnie do tego przygotowanym stanowisku.
Część obliczeniową zrealizowano z użyciem metody elementów skończonych i wyprowadzeń analitycznych.
Wyniki przeprowadzonych badań stanowią poszerzenie wiedzy na temat właściwości bimetalu stal S355J2-tytan
Grade 1, ułatwią one również proces projektowania i zwiększą bezpieczeństwo pracy urządzeń zawierających
w swojej budowie komponenty wykonane z materiałów otrzymanych w technologii zgrzewania wybuchowego.
Lepsze poznanie parametrów materiałowych oraz mechanizmów uszkodzenia materiałów wielowarstwowych
umożliwi ich aplikację w nowych konstrukcjach. Podjęta tematyka jest również istotna z punktu widzenia pracujących już elementów i instalacji, w których zastosowano bimetal stal S355J2 – tytan Grade 1. Wyniki badań
zmęczeniowych zwiększą stopień bezpieczeństwa takich konstrukcji.
Na podstawie przeprowadzonych badań eksperymentalnych i symulacyjnych określono właściwości cykliczne
analizowanego materiału. Zbudowano charakterystyki zmęczeniowe bimetalu oraz tytanu przy kontrolowanej sile. Przeprowadzone pomiary odkształceń pozwoliły na identyfikację zjawiska ratchetingu oraz cyklicznej
niestabilności bimetalu. Dodatkowo przeprowadzono pomiar oraz analizę naprężeń własnych po stronie stali i tytanu. Wyniki przeprowadzonych badań zaprezentowano w czasopismach o zasięgu międzynarodowym,
krajowym oraz na licznych konferencjach naukowych np.:
1. Karolczuk, M. Kowalski, R. Bański, F. Żok, Fatigue phenomena in explosively welded steel–titanium clad components
subjected to push–pull loading, International Journal of Fatigue, vol. 48, 2013, s. 101–108.
2. Karolczuk, K. Kluger, M. Kowalski, F. Żok, G. Robak, Residual Stresses in Steel-Titanium Composite Manufactured by
Explosive Welding, Materials Science Forum, vol. 726,2012, s. 125–132.
3. Karolczuk, M. Kowalski, G. Robak, Modelling of Titanium-Steel Bimetallic Composite Behaviour under Mechanical
Cyclic Loading, Solid State Phenomena, vol. 199, 2013, s. 460–465.
4. Karolczuk, M. Kowalski, Modelowanie pól naprężeń w belce zespolonej metoda wybuchową, XXVI Konferencja Naukowa Problemy Rozwoju Maszyn Roboczych, Zakopane, 2013, s. 49–51.
5. Karolczuk, M. Kowalski, Residual stress determination based on the hole drilling method in explosively welded bimetallic composite, Third International Conference on Material Modelling, Warszawa, p. 140.
6. Karolczuk, M. Kowalski, F. Żok, R. Bański, Badania zmęczeniowe bimetali typu stal-tytan zgrzewanych metodą wybuchową w próbie cyklicznego rozciągania ściskania, Inżynieria Materiałowa, no. 3/2012, s. 160–164, 2012.
119
Ocena wpływu zmienności kształtu spoiny na trwałość zmęczeniową złącza
Określenie wpływu zmienności kształtu spoiny na trwałość zmęczeniową złącza spawanego. Zaproponowanie algorytmu szacowania trwałości
zmęczeniowej na podstawie wyznaczonych rozkładów naprężeń w postaci
funkcji masy prawdopodobieństwa (probability mass function – pmf) oraz
wyznaczonych eksperymentalnie trwałości zmęczeniowych.
mgr Przemysław Stasiuk
III rok studiów
Spawanie jest szeroko rozpowszechnioną metodą łączenia elementów
konstrukcji i maszyn. Metoda ta daje konstruktorom możliwość praktycznie dowolnego kształtowania wyrobów zarówno w warsztacie wytwórczym jak i na placu budowy. Łatwość
automatyzacji procesu spawania powoduje, że z powodzeniem sprawdza się zarówno w produkcji seryjnej jak
i jednostkowej. Jego popularność powoduje, że badanie wpływu spoiny na łączone elementy jest obecnie pożądane, a prace nad odnalezieniem skutecznych i szybkich metod obliczeniowych to zadanie istotne. Określenie
wpływu kształtu spoiny na wytrzymałość złącza przyczyni się do trafniejszego doboru rozmiaru i typu spoiny,
może także – przynajmniej częściowo – wyeliminować konieczność przeprowadzania analiz numerycznych dla
połączenia spawanego.
Do badań wytypowano dwa typy złącza spawanego: złącze krzyżowe i złącze doczołowe. W celu określenia
wpływu karbu geometrycznego na rozkład naprężeń w złączu, przygotowane próbki poddano skanowaniu
3d. Powstałe w ten sposób modele wirtualne poddano analizie numerycznej za pomocą Metody Elementów
Skończonych (MES). Otrzymane wyniki posłużyły do wyznaczenia pmf a także odwrotności skumulowanej
masy prawdopodobieństwa. Przeprowadzono również badania eksperymentalne dla analizowanych próbek.
Otrzymane wyniki zaprezentowano w artykule:
1. Stasiuk P., Karolczuk A., Kuczko W. Rozkład naprężeń w krzyżowym złączu spawanym z uwzględnieniem rzeczywistego kształtu spoiny. Przegląd Spawalnictwa 1/2014, 29–33.
Literatura:
1. A. Hobbacher. Recommendations for fatigue design of welded joint and components, IIW document IIW-1823–07
ex XIII-2151r4–07/XV-1254r4–07, Paris 2008.
2. W.J. Stewart. Probability, Markov Chains, Queues, and Simulation. The Mathematical Basis of Performance Modeling.
Princeton University Press. p. 105. Princeton 2011.
120
Maszyn
dr hab. inż. Adam Niesłony,
prof. PO
Prognozowanie trwałości elementów konstrukcyjnych metodą spektralną
Celem pracy jest opracowanie sposobu uwzględnienia wpływu wartości
średniej naprężenia w metodzie spektralnej wyznaczania trwałości zmęczeniowej. Swoim zakresem obejmuje rozszerzenie metody spektralnej
wyznaczania trwałości zmęczeniowej o zagadnienie składowej statycznej
z zachowaniem zasad teorii niezawodności. Głównym celem naukowym
projektu jest implementacja składowej statycznej procesu, wyrażonej
w formie wartości średniej naprężenia do algorytmu wyznaczania trwałości zmęczeniowej w ujęciu metody spektralnej wraz z analizą zaproponowanego rozwiązania dla szerokiego zakresu elementów konstrukcyjnych.
mgr inż. Michał Böhm
IV rok studiów
Uzyskane wyniki badań w ramach projektu mogą znaleźć zastosowanie w przemyśle województwa opolskiego
w gałęziach przemysłu takich jak budowa maszyn, konstrukcyjnej oraz choćby tzw. utrzymaniu ruchu w zakładach
przemysłowych z uwagi na sprawdzanie niezawodności już użytkowanych elementów lub całych konstrukcji czy
maszyn. Zaproponowane podejście będzie można wdrożyć do programów obliczeniowych do wyznaczania trwałości oraz do programów konstrukcyjnych opolskich firm. Rezultaty w formie zaproponowanej metodyki opracowanej
zgodnie z zaleceniami światowych standardów, a jednocześnie podwyższenie jej poprzez wprowadzenie innowacyjnych i sprecyzowanych udogodnień oraz zaleceń spowodują wzrost dokładności oraz stopnia niezawodności,
czego wynikiem może być większe zaufanie dla produktów, jak również usług oferowanych przez firmy je stosujące.
Weryfikacja proponowanej metody dla szerokiej gamy elementów konstrukcyjnych oraz typów materiałów obciążonych siłami o charakterze stochastycznym. Symulacja komputerowa uzyskanych widm gęstości prawdopodobieństwa.
121
Obliczenia numeryczne wraz z bieżącą analizą. Przygotowanie modelu geometrycznego dla wyszczególnionych obszarów
elementów wykorzystywanych w obliczeniach wykonywanych metodą elementów skończonych wraz z analizą spektralną.
Publikacje:
1. Böhm M., Niesłony A.: Weryfikacja eksperymentalna wybranych modeli uwzględnienia wartości średniej naprężenia
na podstawie badań stali s355jr, XXVI Konferencja Naukowa Problemy Rozwoju Maszyn Roboczych, Zakopane 2013,
streszczenie s 30, rozszerzone materiały na cd konferencji.
2. Böhm M.: Przegląd modeli korekcyjnych wartości średniej naprężenia dla obciążeń jednoosiowych, Vii Środowiskowe Warsztaty Doktorantów Politechniki Opolskiej, 12–14 czerwca Pokrzywna, 2013.
3. Niesłony A, Böhm M.: Monitoring of fatigue life of mechatronic elements using spectral method for fatigue life assessment including the mean stress value, Pomiary Automatyka Robotyka nr 11/2012, pp.69–73.
4. M. Böhm, A. Niesłony: Trwałość zmęczeniowa stali S355JR przy obciążeniu losowym o różnych przebiegach gęstości widmowej mocy, XXVII Konferencja naukowa Problemy Rozwoju Maszyn Roboczych, Zakopane 2014, streszczenie s 39, rozszerzone materiały na CD Konferencji.
5. M. Kowalski, M. Böhm, A. Niesłony, W. Machowski: Ocena wytężenia osi bębnowej naczepy przy zastosowaniu metody elementów skończonych, XXVII Konferencja naukowa Problemy Rozwoju Maszyn Roboczych, Zakopane 2014,
streszczenie s 107, rozszerzone materiały na CD Konferencji.
6. A. Niesłony M. Böhm,: Mean stress effect correction using constant stress ratio S–N curves, International Journal of
Fatigue, Volume 52, July 2013, Pages 49–56.
7.M. Böhm, A. Niesłony: Fatigue life of S355JR steel under uniaxial constant amplitude and random loading conditions,
VII-th International Symposium on Mechanics of Materials and Structures 1–4.06.2013 Augustow, Poland.
Konferencje:
1. Problemy rozwoju maszyn roboczych - Konferencja Zakopane 26–30 stycznia 2014, Konferencja Wpływ młodych naukowców na osiągnięcia polskiej nauki Wrocław 02.12.12.
2. XIV Konferencja Naukowo – Techniczna, Projektowanie, Innowacje Remontowe i Modernizacje w Energetyce PIRE
2012- 28–30.11.2012, Problemy rozwoju maszyn roboczych -Konferencja Zakopane 27–31 stycznia 2013.
3. VII-th International Symposium on Mechanics of Materials and Structures 1–4.06.2013 Augustow, Poland, VII Środowiskowe Warsztaty Doktorantów Politechniki Opolskiej, 12–14 czerwca Pokrzywna.
Trwałość zmęczeniowa elementów maszyn wykonanych
z bimetalu stal-tytan zgrzewanego wybuchowo
Głównym celem pracy jest poznanie zjawiska zmęczenia zachodzącego
w materiałach platerowanych wybuchowo poprzez przeprowadzenie
badań zmęczeniowych i ich analizy. Wyniki badań zmęczeniowych będą
wykorzystane do sporządzenia charakterystyk zmęczeniowych materiału
platerowanego na przykładzie plateru stal-tytan.
Celami drugoplanowymi są: wskazanie źródeł ewentualnych różnic podczas obliczeń zmęczeniowych wykorzystujących różne typy charakterystyk
zmęczeniowych, szczególnie w odniesieniu do odkształceniowych charakterystyk zmęczeniowych, opracowanie algorytmu wyznaczania trwałości
zmęczeniowej elementów konstrukcyjnych wykonanych z platerów, przeprowadzenie analizy MES stanu naprężenia i odkształcenia w obszarze złącza.
dr inż. Andrzej Kurek
Wymiernym wynikiem pracy jest powstanie algorytmu wyznaczania trwałości zmęczeniowej elementów konstrukcyjnych wykonanych z platerów, a także opracowanie modelu matematycznego linii ugięcia belki wykonanej z wybranych
122
metalicznych materiałów warstwowych. Algorytm został zaprojektowany w taki sposób, aby inżynier pracujący przy
projektowaniu elementów wykonanych z materiałów warstwowych zgrzewanych wybuchowo oraz narażonych na
obciążenia zmienne w czasie, mógł na podstawie charakterystyk zmęczeniowych podstawowych materiałów wchodzących w skład plateru uzyskać informacje o jego trwałości. Tego typu wiedza może być stosowana w dowolnej
liczbie przedsiębiorstw, które mają styczność z materiałami wykonanymi w technologii zgrzewania wybuchowego.
Ponadto wyniki badań da się bezpośrednio zastosować w przedsiębiorstwach zajmujących się projektowaniem
aparatury procesowej wykonanej z plateru stal-tytan np. ENERGOMET Opole, w którym spędziłem kilka dni podczas stażu w firmie produkującej takie materiały tj. Zakład Technologii Wysokoenergetycznych Explomet Gałka,
Szulc sp. j., organizowanym przez Opolski Park Naukowo-Technologiczny.
Projekt pozwolił mi na dokończenie prac nad rozprawą doktorską oraz wypełnienie założonych celów. W trakcie trwania projektu opublikowałem następujące prace:
1. Kurek A., Niesłony A.: Badania zmęczeniowe tytanu SB-265 G1 stosowanego do produkcji platerów wykorzystanych
w przemyśle energetycznym, Energetyka listopad 2012, ss. 715–718.
2. Kurek A., Niesłony A.: Fatigue life of bimetallic materials clad by means of the explosive method, Młodzi naukowcy
dla polskiej nauki, część IV, Tom 2, pod redakcją dr inż. Marcin Kuczera, Creative Science – Monografia 2012, ss. 31–38.
3. Kurek A., Niesłony A.: Influence of the selected fatigue characteristics of the material on the calculated fatigue life under random loading,
Nowe trendy w naukach inżynieryjnych 2 Tom 1, pod redakcją dr inż. Marcin Kuczera, Creative Science – Monografia 2012, ss. 27–35.
4. Kurek A., Niesłony A., Szulc Z.: Uwzględnienie grubości materiału nakładanego plateru w projektowaniu aparatury
procesowej wykonanej z materiałów platerowanych metodą wybuchową, Przegląd Mechaniczny, 12/2013, ss. 22–27.
5. Kurek A., Wachowski M., Niesłony A., Płociński T., Kurzydłowski K. J.: Bimetal stal-tytan – badania zmęczeniowe i metalograficzne, X Konferencja Nowe Kierunki Rozwoju Mechaniki, Zeszyty naukowe Politechniki Opojskiej, seria MECHANIKA z. 101 nr 348/2013, Jarnołtówek 2013, ss. 65–66.
6. Niesłony A., Kurek A.: Influence of the Selected Fatigue Characteristics of the Material on Calculated Fatigue Life under Variable Amplitude Loading, Applied Mechanics and Materials Vol. 104 (2012) pp 197–205, Trans Tech Publications, Switzerland, doi: 10.4028/www.scientific.net/AMM.104.197.
Ponadto podczas trwania projektu popularyzowałem wyniki swoich badań na konferencjach naukowych, między innymi:
1. XIV Konferencja Naukowo – Techniczna, Projektowanie, Innowacje Remontowe i Modernizacje w Energetyce, PIRE
2012, 28–30.11.2012 Ustroń.
2. XXVI Konferencja Naukowa Problemy Rozwoju Maszyn Roboczych – 27–31.01.2013.
3. „Nauka i technika wobec wyzwania budowy elektrowni jądrowej – Mądralin 2013” – 13–15.02.2013.
4. X Konferencja Nowe Kierunki Rozwoju Mechaniki, Jarnałtówek, 2013.
5. VIII Środowiskowe Warsztaty Doktorantów Politechniki Opolskiej, czerwiec 2013.
Badania zmęczeniowe materiałów konstrukcyjnych
przy wymuszeniu dynamicznym
Celem pracy doktorskiej jest uzyskanie charakterystyk zmęczeniowych za
pomocą zaproponowanej nowoczesnej i rozwijanej metody badawczej bazującej na dynamicznych obciążeniach generowanych za pomocą wzbudników elektromagnetycznych dla zbioru materiałów konstrukcyjnych. Celem
jest również porównanie uzyskanych wartości trwałości zmęczeniowej do
rezultatów uzyskanych za pomocą konwencjonalnych metod szacowania
trwałości zmęczeniowej.
mgr inż. Robert Owsiński
II rok studiów
123
Materiał badawczy wykorzystany do przeprowadzenia badań eksperymentalnych to wykorzystywane w przemyśle wybrane stopy stali oraz stopy aluminium. Akwizycja danych eksperymentalnych realizowana jest za pomocą układu akcelerometrów umieszczonych na stanowisku badawczym. Ponadto aby uzupełnić dane eksperymentalne równolegle wykonywane są numeryczne analizy MES.
Zastosowanie proponowanego podejścia do wyznaczania charakterystyk zmęczeniowych wpłynie na optymalizację projektowanych elementów maszyn, które ze względu na swoje przeznaczenie muszą uwzględniać
parametry bezpieczeństwa by możliwe było uzyskanie wymaganego poziomu trwałości. Wdrożenie wyników
badań nad rzeczywistym rozkładem naprężeń w materiale poddanym obciążeniom zmiennym w czasie pomoże zwiększyć niezawodność projektowanych elementów oraz wpłynie na ograniczenie zużycia elementów już
istniejących poprzez korekcję parametrów pracy. Ponadto zredukowanie czasochłonności badań eksperymentalnych umożliwi w warunkach przemysłowych zwiększenie ilości wykonywanych pomiarów.
a) stanowisko badawcze
b) idea układu sterującego
Efekty prac badawczych w postaci nowoczesnej metodyki szacowania trwałości zmęczeniowej rzeczywistych
elementów konstrukcyjnych zwiększają potencjał badawczy i pomiarowy (np. kontrola jakości, testy prototypów itp.) w przemyśle dzięki wysokiej efektywności metody.
Zamodelowano i wykonano stanowisko badawcze, które zostało zaprezentowane na rysunku a). Na rysunku b)
przedstawiono ideowy schemat układu sterowania, który również został wykonany na potrzeby realizacji założonego zadania badawczego. Układ jest obecnie kalibrowany i dostrajany na potrzeby testów.
Osiągnięte efekty w postaci publikacji:
1. A. Niesłony, R. Owsiński. Obliczanie trwałości zmęczeniowej elementów maszyn na przykładzie wałka obciążonego
zginaniem ze skręcaniem, Mechanika 351/2014 z. 103, Opole 2014.
2. A. Niesłony, R. Owsiński. Review of current state of knowledge on fatigue tests performed on electromagnetic shakers, Applied Mechanics 2014 Conference Proceedings, Cracow 2014.
3. R. Owsiński, G. Misiura. The box modification of EMU series EN 57 – coach Ra. Applied Mechanics 2014 Conference
Proceedings, Cracow 2014.
Osiągnięte efekty w postaci udziału w konferencjach:
1. Wpływ Młodych Naukowców Na Osiągnięcia Polskiej Nauki – V Edycja (Wrocław, grudzień 2013).
2. XXVII Konferencja Problemy Rozwoju Maszyn Roboczych (Zakopane, styczeń 2014).
3. 16th International Scientific Conference Applied Mechanics 2014 (Kraków, kwiecień 2014).
4. XXV Sympozjum Zmęczenie i Mechanika Pękania (Bydgoszcz-Fojutowo, maj 2014).
124
Maszyn
prof. dr hab. inż. Roman Ulbrich
Wykorzystanie kompostu produkowanego z organicznej
frakcji odpadów komunalnych jako stymulatora wzrostu roślin,
przy zastosowaniu kompostowania w bioreaktorze
Zaproponowanie właściwej metodyki badań w celu określenia możliwości
wykorzystania dojrzałego kompostu z odpadów organicznych (zbieranych
selektywnie) jako stymulatora wzrostu dla roślin przy zastosowaniu kompostowania w bioreaktorze.
mgr inż. Ewelina Piecyk
III rok studiów
Ze względu na wysokie koszty energii, zwiększone koszty nawozów i rosnące zaniepokojenie z powodu negatywnych skutków długotrwałego stosowania nawozów wyprodukowanych syntetycznie na produktywność
gleby i jakości środowiska, uwagę kieruje się na wykorzystanie nawozów organicznych.
Bionawozy takie jak kompost są tanie, stanowią źródło składników odżywczych, witamin i substancji wzrostowych. Poprawiają one również strukturę gleby, potencjał plonotwórczy (przez zwiększenie zawartości substancji
organicznych) i zdolności zatrzymywania wody w glebie. Z tego względu zapotrzebowanie na organiczne stymulatory wzrostu roślin jest na bardzo wysokim poziomie. Świadczy o tym coraz szersze stosowanie dodatków
naturalnych do środków chemicznych wykorzystywanych w rolnictwie. Zastosowanie środków organicznych
takich jak kompost pozwoli na odbudowanie pierwotnych właściwości fizykochemicznych gleby.
Istotnym aspektem dotyczącym mojego celu pracy doktorskiej jest zagospodarowanie odpadów pochodzenie
organicznego, co pozwoli na ograniczenie ich składowania.
Współpraca z dwoma przedsiębiorstwami: gospodarstwem rolnym oraz żywiecką firmą Beskid, doświadczenia, wiedza, jaką uzyskuję w ramach prowadzonych badań jak również i obserwacji pozwoli w przyszłości na wprowadzenie
innowacyjnych zmian w gospodarce odpadami w połączeniu z przemysłem rolniczym województwa opolskiego.
125
Zaproponowana metodyka badań kompostów jako stymulatorów wzrostu roślin umożliwi podjęcie decyzji
co do możliwości takiego zastosowania kompostów w przemyśle rolnym. Zagadnienie wydaje się być ważne
zarówno z punktu widzenia gospodarki odpadami i odzysku odpadów biodegradowalnych poprzez recykling
organiczny jak i ze względów rolniczych, szeroko pojętej uprawy roślin, a także ze względów ekonomicznych.
Opracowałam metodę badawczą umożliwiającą identyfikację substancji czynnych zarówno w kompoście „świeżym” jak również dojrzałym. Pierwszy etap badań został przeprowadzony w kompostowni znajdującej się na
terenie BESKID ŻYWIEC Sp. z o.o. w Żywcu.
Praca badawcza, którą prowadzę podzielona została na kilka etapów. Pierwszym z nich było sporządzenie mieszanek kompostowych i monitoring wszystkich etapów procesu recyklingu organicznego poprzez kompostowanie. Proces kompostowania w technologii wykorzystywanej w kompostowni w Żywcu jest dwuetapowy i składa
się z kompostowania intensywnego w bioreaktorze oraz dojrzewania kompostu na pryzmach kompostowych.
Dotychczas poza przygotowaniem merytorycznym do badań (przegląd literatury, opracowanie metod badań
laboratoryjnych oraz polowych) sporządziłam 10 mieszanek kompostowych oraz pobrałam próby do badań
zawartości substancji czynnych zarówno ze świeżych odpadów stanowiących masę wsadową do bioreaktora jak i kompostu „świeżego” (po rozładunku bioreaktora). Kompost „świeży” z załadunków bioreaktora został
uformowany w pryzmy kompostowe, na których nastąpiło dojrzewanie kompostu. Pryzmy były monitorowane pod względem wysokości temperatury, wilgotności oraz odpowiedniego napowietrzania tak, żeby proces
w każdym przypadku przebiegał prawidłowo.
Pobrane próby (10 przed załadunkiem do bioreaktora, 10 po rozładunku z bioreaktora oraz 10 kompostu dojrzałego) zostały poddane analizie metodą wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLS) na obecność substancji czynnych: auksyn, giberelin oraz cytokinin kwalifikujących kompost jako stymulator wzrostu. Dodatkowo
wykonane zostały analizy stężenia substancji fenolowych jak i karotenoidów przed oraz po procesie kompostowania w bioreaktorze. Zostały wykonane analizy zawartości składników: azotu, fosforu, potasu oraz magnezu
w 10 próbach dojrzałego kompostu.
Efektem badań jest potwierdzenie słuszności wyboru metody badawczej, co pokazują wyniki analiz na zawartość substancji czynnych.
Publikacje:
1. Piecyk E., Anders D., Metodyka badań kompostu z odpadów jako stymulatora wzrostu roślin, Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych, nr 10, Warszawa-Opole 2012, s. 296–304.
2. Piecyk E., Anders D., Górka B., Wieczorek P., Studies od the substance before and after the process of composting
in the bioreactor using the green and separately collected organic waste, IX International Scientific Conference da
Rostim 2013, 7–10 October 2013, Lviv, s. 105–108.
Konferencje:
1. Mechaniczno-biologiczne przetwarzanie odpadów w różnych technologiach, 11–14 wrzesień, 2012, Wiedeń.
2. IX International Scientific Conference da Rostim 2013, 7–10 October, 2013, Lviv.
126
Analiza ruchu wypełnienia monodyspersyjnego w aparacie bębnowym
Celem pracy doktorskiej jest określenie zachowania się wypełnienia podczas pracy aparatów bębnowych oraz wyznaczenie najlepszych parametrów pracy dla danych urządzeń (zakresu prędkości obrotowych, stopnia
wypełnienia bębna), przy których proces zachodzi z największą intensywnością przy wykorzystaniu technik wizualizacyjnych tj.:
•trajektorii ruchu cząstek,
•pól prędkości cząstek,
•stref charakterystycznych dla wypełnienia,
•prędkości obrotowych aparatu.
mgr inż. Karolina Skoczkowska
II rok studiów
Aparaty bębnowe służą w wielu gałęziach przemysłu w procesach: rozdrabniania, przesiewania, mieszania czy
suszenia materiałów ziarnistych.
Badania mają na celu wyznaczenie parametrów pracy aparatów bębnowych dla których ww. procesy zachodzą
z największą intensywnością. Wiąże się to ze zmniejszeniem kosztów i skróceniem czasu produkcji oraz z otrzymywaniem lepszej jakości produktów końcowych. W województwie opolskim znajduje się szereg przedsiębiorstw (małych i dużych), w których wyniki badań mogą zostać wdrożone m.in. do:
•produkcji peletów,
•przesiewania ziaren,
•produkcji mieszanek paszowych,
•w procesie suszenia oraz sortowania koksu,
•rozdrabnianiu i przesiewaniu surowców niemetalicznych.
Praca badawcza podzielona została na kilka etapów. Pierwszy z nich obejmował przegląd literatury, zaprojektowanie oraz uruchomienie stanowiska badawczego. W kolejnym etapie zostały przeprowadzone badania na
czterech różnych materiałach ziarnistych o tej samej średnicy, co pozwoliło na przeprowadzenie analizy w zakresie wpływu: prędkości obrotowej, stopnia wypełnienia bębna oraz współczynnika tarcia na ruch złoża podczas
pracy aparatu. Wyznaczono momenty charakterystyczne dla zachowania się wypełnienia oraz zaproponowano
zmianę już istniejącego wzoru na prędkości charakterystyczne dla aparatów bębnowych.
Publikacje:
1. Skoczkowska K.: Badanie krytycznej prędkości obrotowej aparatu bębnowego dla różnych stopni napełnienia, Mechanika z. 102,
nr 349/2013 VII Środowiskowe warsztaty doktorantów Politechniki Opolskiej, 12–14.06.2012 Opole-Pokrzywna, ISSN: 1492–6055.
2. Skoczkowska K., Ulbrich R.: Modelling of multiphase flows in thermo-chemical systems – Experimental methods for
multiphase flows, Application of PIV method for analysis of particles moving in rotating mixer, Sekcja mechaniki płynów komitetu mechaniki PAN, X Edycja – Gdańsk- Wieżyca 20–22.06.2013.
3. Skoczkowska K., Ulbrich R.: Dobór optymalnej prędkości suszarki bębnowej do peletów, pod red. Greinert A., Zeszyty naukowe Uniwersytetu Zielonogórskiego nr 149, Inżynieria Środowiska – 29, Zielona Góra 2013, s. 79–86, ISSN: 1895–7323.
4. Skoczkowska K.: Badania ruchu cząstek o różnej gęstości w mieszalniku bębnowym, Wybrane problemy naukowo-badawcze mechaniki i inżynierii materiałowej, pod red. A. Dzięgielwskiego, Politechnika Warszawska, Płock 2013, ISBN: 978–83–62–081–19–16.
Konferencje:
1. „VII Środowiskowe warsztaty doktorantów Politechniki Opolskiej”, Badanie krytycznej prędkości obrotowej aparatu
bębnowego dla różnych stopni napełnienia, 12–14.06.2012 Opole-Pokrzywna.
2. „Modelling of multiphase flows in thermo-chemical systems”, Workshop, Application of PIV method for analysis of
particles moving in rotating mixer, 20–22.06.2013, Gdańsk – Wieżyca.
3. „Experimental methods for multiphase flows”, Summer School, 20–22.06.2013, Gdańsk – Wieżyca.
4. „Młodzi dla techniki”, Badania ruchu cząstek o różnej gęstości w mieszalniku bębnowym, 19.11.2013, Płock.
5. „Wpływ młodych naukowców na osiągnięcia polskiej nauki”, Creativ Time, Charakterystyczne prędkości obrotowe
w aparatach bębnowych, 15.12.2013, Wrocław.
127
Wpływ kształtu cząstek na efektywność segregacji układu
wieloskładnikowego w klasyfikatorze pneumatycznym
Zjawisko segregacji wykorzystuje się w gospodarce odpadami. Wyniki badań pracy doktorskiej umożliwią poprawienie wydajności aparatów do segregacji odpadów, między innymi w sortowniach odpadów.
Zwiększenie efektywności segregacji odpadów pomoże w realizacji założeń regionalnej strategii rozwoju województwa opolskiego w zakresie
gospodarki odpadami.
Przyjęto następujące cele pracy doktorskiej:
•cel naukowy – ocena wpływu kształtu cząstek mieszaniny na warunki
powstawania zjawiska segregacji wieloskładnikowej w klasyfikatorze
pneumatycznym w zależności od prędkości czynnika roboczego oraz
wielkości strumienia dozowania materiału,
•cel utylitarny – poprawa konstrukcji aparatu oraz dobór odpowiednich
parametrów ruchowych.
mgr inż. Irmina Zagaj
IV rok studiów
Elementem innowacyjnym w pracy doktorskiej będzie poprawa efektywności urządzenia do rozdzielania mieszanin wieloskładnikowych na podstawie ich kształtu, wykorzystywanych w segregacji odpadów.
Wyniki badań naukowych, dotyczących analizy i odpowiedniego doboru parametrów ruchowych, ograniczających bądź intensyfikujących zjawisko segregacji odpadów, prowadzonej na modelu klasyfikatora pneumatycznego mogą znaleźć zastosowanie praktyczne w segregacji odpadów prowadzonej w sposób mechaniczny.
Uzyskane wyniki mogą stanowić podstawę kompleksowej oceny zjawiska segregacji w procesach przemysłowych.
W celu realizacji badań stworzono stanowisko badawcze. Wytypowano i pozyskano materiały badawcze dla
mieszanin wieloskładnikowych. Przeprowadzone dotychczasowe badania pozwoliły na osiągnięcie celu stworzenia koncepcji dotyczącej metodyki badawczej z zastosowaniem metod analizy obrazu.
Przeprowadzono wstępne badania segregacji na stanowisku modelowym, którym był klasyfikator pneumatyczny.
W badaniach określono kinetykę ruchu cząstek stałych w klasyfikatorze pneumatycznym opierając się na analizie wektorowych pól prędkości, zobrazowaniu kierunku ruchu oraz odbić cząstek.
Prace badawcze pozwoliły na osiągnięcie celu jakim była poprawa konstrukcji aparatu klasyfikatora pneumatycznego oraz doboru odpowiednich parametrów ruchowych wpływających na efektywność segregacji układów wieloskładnikowych.
Wyniki zaprezentowano między innymi na warsztatach modelowania przepływów wielofazowych w układach
termochemicznych & Szkole Letniej Experimental Methods for Multiphase Flows, gdzie spotkały się z dużym
zainteresowaniem pozostałych uczestników.
Uzyskane wyniki badań eksperymentalnych mogą być podstawą do dalszych badań w zakresie oceny zjawiska segregacji oraz pozwolą na określenie wpływu parametrów roboczych urządzenia do segregacji, a również
umożliwią zwiększenie efektywności jego pracy w warunkach rzeczywistych.
128
Maszyn
dr hab. inż. Jerzy Hapanowicz,
prof. PO
Wpływ zaburzeń lokalnych na opory przepływu dyspersji cieczy w rurociągu
Celem pracy doktorskiej jest określenie wpływu warunków przepływu cieczy nienewtonowskich w elementach rurociągu na jej właściwości reologiczne i opory przepływu.
mgr inż. Patrycja Polaczek
Potrzeba prowadzenia badań nad właściwościami reologicznymi substancji
IV rok studiów
o złożonym składzie staje się coraz bardziej konieczna w celu modernizacji
procesów technologicznych, jak również wzrostu wymagań odnośnie jakości produktów końcowych. Wyniki planowanej oceny zmian właściwości fizycznych układów ciecz-ciecz w rurze mogą znaleźć praktyczne zastosowanie przemysłowe umożliwiając
określenie zapotrzebowania na energię do tłoczenia substancji niejednorodnych i nienewtonowskich. Tym samym pozwolą na wyznaczenie kosztów eksploatacji całej instalacji przepływowej, jak również znacznie ułatwią
dobór odpowiednich urządzeń tłoczących oraz układów napędowych.
Projektowanie wielu instalacji przemysłowych głównie w obszarach związanych z transportem rurociągowym niejednorodnych substancji wieloskładnikowych, przykładowo ciekłych odpadów poprodukcyjnych, ścieków komunalnych i przemysłowych, emulsji spożywczych lub też ciekłych substratów dla syntezy związków organicznych
i nieorganicznych stanie się bardziej efektywne oraz pozwoli na poprawę parametrów użytkowych wielu urządzeń.
W ramach dotychczasowej działalności naukowej przeprowadzono badania doświadczalne w zakresie pomiarów
lokalnych oporów przepływu różnych roztworów polimeru oraz ciekłych dyspersyjnych układów niejednorodnych
129
o wodnej i olejowej fazie ciągłej przez przeszkodę lokalną zamontowaną na rurociągu. Badania prowadzono
w odniesieniu do typowego zaworu regulacyjnego, jako elementu zaburzającego przepływ. Dokonano eksperymentalnej oceny właściwości reologicznych przepływającej substancji, oceny typu układu dwufazowego
(punktu inwersji faz) oraz określenia lokalnej straty ciśnienia ciekłej dyspersji.
W czasie prowadzonej działalności naukowej wyniki badań własnych prezentowano na konferencjach krajowych
i międzynarodowych oraz przygotowano kilka artykułów, które zostały opublikowane w czasopiśmie z listy filadelfijskiej, materiałach konferencyjnych, monografiach jak również Zeszytach Naukowych Politechniki Opolskiej.
Publikacje w okresie realizacji projektu, w tym:
1. J. Hapanowicz, P. Polaczek „Convective heat transfer of a liquid dispersion system flowing in a pipe”, Experimental
and Thermal Fluid Science, nr. 45, s. 1, 2013.
2. P. Polaczek „Nowe trendy w badaniach przepływu dwufazowych dyspersji cieczy” Creative Science, Nauki inżynieryjne, „Nowe trendy w naukach inżynieryjnych”, s. 156, Kraków 2012.
3. P. Polaczek „Miejscowe opory przepływu polimeru”, Zeszyty Naukowe Politechniki Opolskiej seria Mechanika, nr
349/2013, z. 102, s.123, Opole 2013.
4. P. Polaczek „Zjawiska towarzyszące przepływom układów dyspersyjnych ciecz-ciecz” Creative Science, Nauki inżynieryjne, „Młodzi naukowcy dla polskiej nauki”, s. 163, Kraków 2012.
Udział i prezentacja prac w ramach konferencji/warsztatów:
1. VII Środowiskowe Warsztaty Doktorantów Politechniki Opolskiej pod patronatem JM Rektora prof. dr hab. inż. Marka Tukiendorfa (Pokrzywna, 2013).
Przepływ substancji w przewodzie elastycznym
Celem pracy doktorskiej jest lepsze poznanie i opisanie zjawisk towarzyszących przepływowi substancji w przewodach elastycznych.
Ze względu na coraz częstsze stosowanie tworzyw sztucznych w przemyśle, rodzą się problemy związane z optymalizacją warunków transportu
substancji w takich przewodach. Istnieje bowiem konieczność pokonania
nie tylko oporów związanych z transportem cieczy przez przewód o znanej długości lecz również z pokonaniem sił związanych z odkształcaniem
się jego ścian i zmianą średnicy.
mgr inż. Izabela Wardach
III rok studiów
Regionalna Strategia Innowacji Województwa Opolskiego zakłada propagowanie działalności innowacyjnej
związanej z podnoszeniem efektywności procesu. Dzięki dokładnemu poznaniu zagadnień związanych z przepływem substancji w przewodach wykonanych z elastycznych tworzyw sztucznych będzie możliwe bardziej
precyzyjne obliczenie zapotrzebowania mocy na tłoczenie i poprawny dobór odpowiedniego urządzenia tłoczącego, a także armatury zabezpieczającej i regulującej przepływ.
W dotychczasowej pracy naukowej zgromadzono i dokonano analizy danych literaturowych dotyczących właściwości reologicznych układów dwufazowych ciecz-ciecz i ciecz-ciało stałe a także przepływu cieczy w przewodach
130
elastycznych. Wykorzystując zgromadzone informacje ustalono koncepcję budowy dwóch odrębnych stanowisk
pomiarowych: jednego związanego z oceną odkształcalności przewodów elastycznych oraz drugiego niezbędnego do badań oporów przepływu w takich przewodach.
W ramach pracy własnej przebadano ok. 30 dostępnych na rynku przewodów o małej średnicy. Wynikiem badań było określenie charakteru materiału (sprężystego lub lepkosprężystego) oraz wyznaczenie modułu Younga
poszczególnych tworzyw. Oceny odkształcalności dokonano w oparciu o eksperymenty prowadzone przy użyciu mikroskopu optycznego oraz komputerowej analizy zarejestrowanych za jego pomocą obrazów. Ustalono
także koncepcję stanowiska do badań oporów przepływu związanych z transportem substancji w przewodach
elastycznych.
Wyniki dotychczasowych prac przedstawiono na VII Środowiskowych Warsztatach Doktorantów Politechniki
Opolskiej (06.2013); konferencji: „Wpływ Młodych Naukowców na Osiągnięcia Polskiej Nauki”, na X Warsztatach
„Modelling of Multiphase Flows Systems in Thermo-Chemical Systems” i Szkole Letniej „Experimental Methods
for Multiphase Flows”, Gdańsk-Wieżyca 2013.
Publikacje:
1. I. Wardach – Wpływ dodatków na właściwości reologiczne wysokoskoncentrowanych zawiesin, Materiały Konferencji nt. Wpływ młodych naukowców na osiągnięcia polskiej nauki, Wrocław 02.12.2012, ISBN 978–83–63058–21–0.
2. I. Wardach – Przepływ Zawiesiny W Rurociągu, Nowe Trendy W Naukach Inżynieryjnych, Isbn 978–83–63058–24–1.
3. J. Hapanowicz, I. Wardach – Flow of multiphase systems in flexible pipes, X Workshop „Modelling of Multiphase Flows
Systems in Thermo-Chemical Systems”, Gdańsk- Wieżyca 20–22. 06. 2013.
4. I. Wardach– Przepływ cieczy w kanale elastycznym, Zeszyty Naukowe Politechniki Opolskiej z. 102 Mechanika Nr
349/2013, ISSN 1429–6055.
131
Maszyn
dr hab. inż. Gabriel Filipczak,
prof. PO
Hydrodynamika przepływu gazu przez złoże porowate
Celem pracy jest ocena kryteriów procesowych hydrodynamiki odnoszących
się do przepływu gazu przez złoże porowate o różnych cechach porowatości.
Wyniki pracy mogą znaleźć zastosowanie w zakresie oceny warunków technologii termicznego procesowania węgla kamiennego (z węgli w ogólności), także w zakresie takich innowacji jak:
•bezemisyjna produkcja energii elektrycznej i ciepła oraz surowców chemicznych, m.in. wodoru i syntetycznych paliw,
•zagospodarowanie syngazu przez naziemne urządzenia energetyczne
w przemyśle karbochemicznym.
mgr inż. Grzegorz Wałowski
IV rok studiów
Na obecnym etapie pracy rozpoznano cechy właściwości materiałów porowatych w postaci karbonizatów.
Podstawowy materiał badawczy stanowią karbonizaty pochodzące z różnych technologii termicznego zgazowania węgla kamiennego, w tym materiały „in situ” pozyskiwane z procesu podziemnego zgazowania węgla
kamiennego. Wykorzystano też takie materiały jak koks, porowate skały płonne, poliamid porowaty oraz pumeks – jako materiały porównawcze.
Badania gazoprzepuszczalności prowadzono w reżimie ciśnieniowo-swobodnym, przy zróżnicowanej kierunkowości przepływu. Wyniki badań pozwoliły opisać charakterystyczne właściwości procesowe obejmujące:
•rozpoznanie struktury i właściwości fizycznych materiałów porowatych, takich jak: gęstość pozorna,
132
porowatość, anizotropowość,
•wyznaczenie parametrów procesowych odnoszących się do hydrodynamiki materiału porowatego, w tym:
przepuszczalność rzeczywistą złoża dla przepływu gazu, ocena parametrów hydrodynamicznych związanych z oporami przepływu,
•analiza wyników badań i obliczeń pod kątem interpretacji procesowych,
•modelowanie matematyczne zjawisk hydrodynamicznych w zakresie odniesionym do przepływu powietrza
przez złoża porowate o ograniczonej przepuszczalności.
W tym ostatnim aspekcie dokonano analizy ilościowej dla zróżnicowanej konfiguracji siatki numerycznej z szczególnym uwzględnieniem zmiennej kierunkowości przepływu gazu.
Wyniki prac były przedmiotem wystąpień konferencyjnych oraz publikacji złożonych do druku, wg wykazu:
1. G. Wałowski, Hydrodynamika przepływu gazu przez złoże porowate, Zeszyty Naukowe Politechniki Opolskiej, seria:
Mechanika, z. 104 nr kol. 353/2014, Opole 2014.
2. G. Wałowski, G. Filipczak, E. Krause, Hydrodynamika przepływu gazu w układach szczelinowo–porowatych w aspekcie technologii podziemnego zgazowania węgla, Młodzi dla techniki. Wybrane problemy naukowo-badawcze chemii i technologii chemicznej. Cz. IV Optymalizacja technologii, ISBN 978–83–62081–15–8, rozdział monografii Płock
2013, s. 253–270.
3. G. Wałowski, Numerical meshing issues for gas flow in microchannels, II European Young Engineers Conference,
Warszawa 2013.
4. G. Wałowski, Interpretacja i numeryczny opis przepływu gazu przez mikrokanały, Zeszyty Naukowe Politechniki Opolskiej, seria: Mechanika, z. 102 nr kol. 349/2013, Opole 2013, s. 179–182.
5. G. Wałowski, G. Filipczak, Ocena hydrodynamiki przepływu gazu przez ośrodek szczelinowo-porowaty, Inżynieria
i Aparatura Chemiczna, 6/2013, s. 581–582.
6. G. Wałowski, Ocena przepuszczalności materiału porowatego z georeaktora, Dokonania Naukowe Doktorantów,
I Edycja CREATIVTIME, Kraków 2013, s. 152.
7.G. Wałowski, G. Filipczak, Perspective and possibilities of Underground Coal Gasification (UCG), International Masaryk Conference for Ph.D. Students and Young Researchers, Hradec Kralove 2012, vol. III, s. 3353–3362.
8. G. Wałowski, Stan techniczny i perspektywy rozwoju technologii podziemnego zgazowania węgla, Wpływ młodych
naukowców na osiągnięcia polskiej nauki, III Edycja, Nowe trendy w naukach inżynieryjnych, Wrocław 2012, s. 50–58.
133
Maszyn
prof. dr hab. inż. Wit Grzesik
Badanie mechanicznych i termicznych oddziaływań w skrawaniu
żeliwa sferoidalnego ostrzami z ceramiki azotkowej i CBN
Za cel pracy przyjęto określenie wpływu rodzaju materiału ostrza narzędzia
skrawającego oraz parametrów skrawania na przebieg procesu skrawania
żeliwa sferoidalnego. W rezultacie do badań doświadczalnych zastosowano ostrza skrawające z niepokrywanej ceramiki azotkowej, pokrywanej
ceramiki azotkowej i CBN.
Cel pracy osiągnięto na drodze realizacji badań doświadczalnych, podczas
których mierzono takie charakterystyki procesu jak: składowe siły skrawania, długość kontaktu wiór – ostrze, rozkład temperatury w strefie skrawania oraz chropowatość powierzchni 2D i 3D. Zgodnie z analizą literaturową
wpływ parametrów technologicznych oraz rodzaju materiału ostrza może
przyczynić się do poprawy skrawalności żeliwa sferoidalnego, a w konsekwencji do zwiększenia wydajności procesu skrawania.
dr inż. Piotr Kiszka
Otrzymane wyniki badań mogą być wykorzystane w przedsiębiorstwach produkcyjnych przez technologów,
którzy zajmują się obróbką żeliw w procesie skrawania, ponieważ dobór optymalnych parametrów skrawania
w obróbce żeliwa może doprowadzić do uzyskania znaczących korzyści ekonomicznych. Praca ta podejmuje
problemy obróbki żeliwa sferoidalnego, ma jednak charakter uniwersalny i może być zastosowana do innych
procesów technologicznych.
134
W trakcie realizacji projektu powstało kilka publikacji między innymi w referacie autorstwa P. Kiszki pt. „Badanie
mechanicznych i termicznych oddziaływań w skrawaniu żeliwa sferoidalnego ostrzami z ceramiki azotkowej
i CBN” (Zeszyty Naukowe Politechniki Opolskiej, seria Mechanika, z. 102, Nr 349/2013, s. 67–70) przedstawiono
wpływ prędkości skrawania vc na wartość siły skrawania Fc i oporu właściwego skrawania kc,. W dalszej części
pracy zaprezentowano wpływ w/w parametrów skrawania na średnią temperaturę skrawania oraz przedstawiono czarno-białe mapy rozkładu temperatury w strefie skrawania. Badania procesu skrawania przeprowadzono
stosując nowoczesne techniki pomiaru składowych sił skrawania oraz rejestracji rozkładu temperatury w strefie
skrawania za pomocą kamery termowizyjnej IR.
W kolejnym artykule autorstwa Piotra Kiszki, Krzysztofa Żaka, Marty Bogdan pt.” Struktura geometryczna powierzchni z żeliwa sferoidalnego uzyskana po obróbce dokładnej ostrzami z ceramiki azotkowej i CBN” (Mechanik
nr 8–9/2013) przedstawiono wyniki badań toczenia żeliwa sferoidalnego (perlityczno-ferrytycznego) z użyciem
ostrzy z CBN i ceramiki azotkowej. Program eksperymentu obejmował pomiar chropowatości powierzchni 2D
i 3D. Testy toczenia przeprowadzono dla prędkości skrawania w zakresie vc=100÷400 m/min oraz dla posuwu
w zakresie f=0.04÷0.2 mm/obr, głębokości skrawania wynosiła ap=0.8 mm.
Otrzymane wyniki badań popularyzowano również na konferencjach naukowych, między innymi na VII
Środowiskowych Warsztatach Doktorantów Politechniki Opolskiej (12–14 czerwiec 2013 Pokrzywna) oraz na VII
Konferencji Szkoły Obróbki Skrawaniem na temat INTERAKCJA PROCES – OBRABIARKA (11 – 13 września Mierzęcice).
135
Maszyn
dr hab. inż. Anna Król,
prof. PO
Ocena oddziaływania materiałów budowlanych na środowisko
naturalne w aspekcie wymywania substancji szkodliwych
Głównym celem pracy doktorskiej jest określenie oddziaływania materiałów
budowlanych (powstałych przy użyciu surowców odpadowych) na środowisko naturalne. Szczególna uwaga zostanie zwrócona na wymywalność
metali ciężkich. Realizacja pracy w dużej mierze będzie polegała na określeniu wpływu różnych metod wymywania (odpowiadających rzeczywistym
scenariuszom eksploatacji materiałów budowlanych) na poziom uwalniania substancji szkodliwych do środowiska.
mgr Justyna Kuterasińska
I rok studiów
Przeprowadzone badania pozwolą określić również zdolność otrzymanych
matryc mineralnych do wiązania w nich metali ciężkich (potencjał immobilizacyjny). Sporządzone spoiwa mineralne, które poddawane będą ocenie
środowiskowej, zostaną również przebadane pod kątem ich właściwości
fizykomechanicznych takich jak wytrzymałość na ściskanie po różnych okresach dojrzewania, początek i koniec czasu wiązania otrzymanych zaczynów oraz stałość objętości. Określony zostanie również wpływ dodatku
poszczególnych odpadów mineralnych do spoiwa hydraulicznego jakim jest cement na kinetykę wydzielania
ciepła oraz postęp reakcji hydratacji stanowiących zasadniczy mechanizm wiązania cementu.
Powyżej opisane badania przyczynią się do określenia przydatności niektórych odpadów przemysłowych np.
żużla pomiedziowego w technologii produkcji materiałów budowlanych jak również pozwolą ocenić, czy analizowane odpady w mieszaninie z cementem stworzą matryce mineralne o podwyższonej zdolności do immobilizowania w nich metali ciężkich.
136
Wyniki badań poza oceną bezpieczeństwa stosowania kompozytów powstałych na bazie surowców odpadowych pozwolą przyjrzeć się wpływowi różnych scenariuszy wymywania, jakie towarzyszyć mogą obiektom
budowlanym. Umożliwi to ustalenie ze szczególną precyzją, czy materiały budowlane otrzymane przy użyciu
danego odpadu (np. żużla pomiedziowego bądź granulowanego żużla wielkopiecowego) mogą być bezpiecznie eksponowane w różnych warunkach środowiskowych.
Zagospodarowanie surowców odpadowych z innych gałęzi przemysłu w materiałach budowlanych jest działaniem powszechnym i potrzebnym, a badania dotyczące monitorowania tych materiałów w aspekcie oddziaływania na środowisko naturalne są konieczne.
W efekcie przeprowadzonych badań udało się określić promieniotwórczość naturalną oraz wymywalność metali
ciężkich z odpadowych żużli pomiedziowych. Badania potwierdziły, że żużle z hutnictwa miedzi pod kątem wymywalności metali ciężkich nie stanowią zagrożenia dla środowiska, a w kwestii radioaktywności kwalifikują się
jako materiały, które mogą być stosowane do wznoszenia budynków naziemnych na terenach zabudowanych
(II grupa klasyfikacji wg Rozporządzenia Rady Ministrów z dnia 2 stycznia 2007 r.). Badania składu chemicznego
wykazały natomiast, że żużle pomiedziowe pod kątem jakościowym zbliżone są do cementu, zaś pod względem
ilościowym przypominają granulowany żużel wielkopiecowy, który stanowi zasadniczy składnik powszechnie
stosowanych cementów hutniczych. Otrzymane wyniki pozwoliły wykonać dalsze kroki w kierunku wykorzystania żużli pomiedziowych jako materiałów, które mogłyby stanowić dodatek do cementu, a nawet stanowić
samodzielne spoiwo hydrauliczne (poprzez zastosowanie aktywacji alkalicznej).
Konferencje:
1. Konferencja Budmika (Poznań, 22–25.04.14), Referat pt. „Wpływ zawartości fazy szklistej na właściwości mechaniczne zapraw sporządzonych z aktywowanego alkalicznie żużla pomiedziowego”.
2. XIV Konferencja Naukowa Doktorantów Wydziału Budownictwa org. przez Politechnikę Śląską (Szczyrk, 8–9.05.14),
Referat pt. „Ocena poziomu uwalniania metali ciężkich z różnych rodzajów betonów”.
3. VII Konferencja Naukowa Energia i środowisko w technologii materiałów budowlanych, ceramicznych, szklarskich
i ogniotrwałych (Szczyrk, 21–23.05.2014), Poster pt. „Żużel pomiedziowy jako surowiec w produkcji alkalicznie aktywowanych spoiw żużlowych”.
Publikacje jakie dotychczas ukazały się w czasopismach naukowych lub w monografiach:
1. „Ocena poziomu uwalniania metali ciężkich z różnych rodzajów betonów”, Wiedza i eksperymenty w budownictwie,
Prace naukowe doktorantów, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2014; s. 675–684.
137
Maszyn
prof. dr hab. inż. Henryk Paul
Wykorzystanie energii wybuchu do wytwarzania
układu platerów na bazie stali i metali reaktywnych
z zastosowaniem technologicznej warstwy pośredniej
Celem pracy jest rozpoznanie różnic w budowie złącz materiałów wykonanych metodą wybuchowego platerowania z wykorzystaniem międzywarstwy technologicznej. Wybuchowe łączenie metali pozwala na łączenie
szerokiej gamy materiałów. Jednak do połączenia niektórych konieczne
jest zastosowanie międzywarstwy technologicznej. Warstwa ta pełni różne role. W pierwszej kolejności ma ułatwić połączenie materiałów charakteryzujących się określonymi własnościami funkcjonalnymi. Jednakże zastosowanie jej niesie za sobą szereg nowych problemów.
mgr Fabian Żok
IV rok studiów
Prowadzone badania mają na celu sprawdzenie zasadności wykorzystania
międzywarstwy oraz trwałości takiego połączenia. Tematyka badań ma
charakter interdyscyplinarny, gdyż obejmuje zagadnienia z zakresu inżynierii materiałowej oraz budowy i eksploatacji maszyn.
Tematyka prac badawczych jest wynikiem współpracy i realnych zainteresowań rozwojowych firmy ZTW Explomet.
Firma Explomet, jako jedyny krajowy wytwórca materiałów spajanych metodą wybuchową dąży do poszerzania swojej oferty. Materiały objęte badaniami należą do grupy platerów, którymi są zainteresowani potencjalni
klienci. Mimo pewnych sukcesów opartych o dotychczasowe wyniki konieczne są dalsze dogłębne analizy, aby
sprawdzić niezawodność platerów w warunkach eksploatacyjnych oraz określić wpływ zmian strukturalnych
w łączonych materiałach na wytrzymałość i trwałość złącza.
138
Po otrzymaniu wytworzonych przez Explomet płyt próbnych rozpoczęto badania. W pierwszej kolejności przeprowadzone został badania wytrzymałościowe (próba rozciągania, ścinania, pomiary mikrotwardości dla oceny
zmian w rozkładzie umocnienia materiałów) oraz badania strukturalne za pomocą mikroskopii optycznej (charakterystyka złącza – pomiar długości oraz wysokości fal oraz wyznaczenie współczynnika RGP – równoważna
grubość przetopień). Wykorzystanie elektronowego mikroskopu skaningowego umożliwiło analizę morfologii
złącza i identyfikację zmian, które zachodzą w trakcie procesu łączenia. Strefy przetopień znajdujące się w strefie złącza znacząco odbiegają składem chemicznym i twardością od tych, które identyfikowano w łączonych
materiałach. Obszary te charakteryzują się znacząco wyższą twardością oraz niejednorodnością strukturalną.
Poziomy mikrotwardości w obszarach przy złączu znacząco wzrastają w stosunku do twardości materiałów
przed procesem łączenia.
Wyniki badań zostały publikowane w czasopismach oraz na konferencjach naukowych m.in.:
1. Środowiskowe Warsztaty Doktorantów Politechniki Opolskiej, (VII; 12–14.06.2013; Pokrzywna; Polska), 2013, z. 101,
ss. 103–104. 2. XXVII Konferencja Naukowa „Problemy Rozwoju Maszyn Roboczych”, 26–30.01.2014 Zakopane.
3. XIX Konferencja Spawalnicza „SPAWANIE w ENERGETYCE”, 8 – 10.04.2014, Jarnołtówek.
4. XII International Symposium on Explosive Production of New Materials: Science, Technology, Business and Innovations (EPNM-2014), 25–30.05.2014, Kraków.
139
Maszyn
dr hab. inż. Adam Rak,
prof. PO
Modelowanie procesu biologicznego oczyszczania ścieków
w złożu tarczowym napędzanym powietrzem
Celem pracy doktorskiej jest określenie efektywności oczyszczania ścieków
w hybrydowym systemie napowietrzania. Przeprowadzone zostaną badania laboratoryjne na ściekach syntetycznych, na specjalnie do tego celu
zbudowanym modelu. Osiągnięte wyniki zostaną zweryfikowane w skali
półtechnicznej na modelu, który zostanie zainstalowany w oczyszczalni
ścieków w Brzegu. Analizy ścieków surowych/oczyszczonych wykonywane
będą w laboratorium wody i ścieków Politechniki Opolskiej i PWiK w Brzegu.
mgr inż. Joanna Ryschka
II rok studiów
Planowane badania pozwolą na ocenę efektywności redukcji ładunku zanieczyszczeń w ściekach komunalnych w warunkach ich hybrydowego
napowietrzania.
Dotychczasowe systemy oczyszczania ścieków oparte są na pojedynczych systemach napowietrzania. Badania
innowacyjnego procesu hybrydowego napowietrzania osadu czynnego i złoża tarczowego mają na celu określenie jego parametrów, co w efekcie prowadzić powinno do intensyfikacji procesu oczyszczania ścieków, a tym
samym daje możliwość optymalizacji sytemu napowietrzania w procesie biologicznego oczyszczania ścieków
i zwiększenie jego ekonomicznej efektywności.
Metoda ta może być zastosowana w mniejszych oczyszczalniach ścieków wymagających modernizacji, szczególnie na terenach wiejskich, z dopływem ścieków o bardzo nierównomiernym składzie.
140
Przeprowadzone wstępne badania na modelu obrotowego złoża biologicznego napędzanego powietrzem potwierdziły wysoką efektywność usuwania materii organicznej. Średnia efektywność usuwania ChZT przy wykorzystaniu technologii hybrydowej wynosiła 85%, a przy użyciu wyłącznie złóż tarczowych tylko 33%.
Publikacje:
1. Joanna Ryschka, Adam Rak, Hybrydowy proces biologicznego oczyszczania ścieków w złożu tarczowym napędzanym powietrzem, Ekonomia i środowisko 2 (45), s. 144–152, 2013, ISSN 0867–8898 (Czasopismo recenzowane 8 pkt).
2. Joanna Ryschka, Badanie efektywności biologicznego procesu oczyszczania ścieków w hybrydowym reaktorze ze złożem
tarczowym, Zeszyty Naukowe Politechnika Opolska, Mechanika Nr 349/2013 z. 102, s. 135–138, 2013, ISSN 1429–6055.
3. Joanna Ryschka, Analiza efektywności tarczowych złóż napędzanych powietrzem w procesie biologicznego oczyszczania ścieków, Młodzi dla Techniki, Wybrane problemy naukowo-badawcze budownictwa i inżynierii środowiska,
Monografia pod redakcją A. Dzięgielewskiego, s. 379–391, 2013, ISBN 978–83–62081–11–0.
4. Joanna Ryschka, Analiza procesu biologicznego oczyszczania ścieków w warunkach ich nierównomiernego dopływu i zróżnicowanego składu na wybranym przykładzie, Interdyscyplinarne zagadnienia w inżynierii i ochronie środowiska, Monografia pod redakcją Teodory M. Traczewskiej i Bartosza Kaźmierczaka, s. 707–718, 2014, ISBN 978–
83–7493–836–5.
5. Joanna Ryschka, Radosław Góralik, Adam Rak, Wybrane aspekty projektowania i realizacji małych oczyszczalni ścieków na przykładzie oczyszczalni ścieków w Łambinowicach, Wybrane zagadnienia inżynierii środowiska w budownictwie, Monografia pod redakcją Adama Raka, Volodymyra Boychuka, Wiesława Barana, s.93–105, 2014, ISBN 978–
83–937864–0-4.
1. XVII Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna z cyklu: PROBLEMY GOSPODARKI WODNO-ŚCIEKOWEJ W REGIONACH ROLNICZO-PRZEMYSŁOWYCH Serwy koło Augustowa 9–11 czerwca 2013 roku.
2. VII Środowiskowe Warsztaty Doktorantów Politechniki Opolskiej pod patronatem JM Rektora prof. dra hab. inż. Marka Tukiendorfa Opole – Pokrzywna 12 – 14 VI 2013.
3. Konferencja Naukowa Doktorantów i Młodych Naukowców, MŁODZI DLA TECHNIKI 2013, 6 listopada 2013r., Gmach
Główny Politechniki Warszawskiej Filii w Płocku.
4. EKO-DOK 2014, VI Konferencja Doktorantów i Młodych Pracowników Nauki, Interdyscyplinarne zagadnienia w inżynierii i ochronie środowiska, Szklarska Poręba 23–26 kwietnia 2014.
5. Konferencja Naukowo-Techniczna: Wybrane Zagadnienia Inżynierii Środowiska w Budownictwie, Opole-Prószków
7–9 maja 2014.
141
Maszyn
dr hab. inż. Dariusz Rozumek,
prof. PO
Wpływ obciążenia i kształtu próbki na trwałość zmęczeniową przy zginaniu
Celem pracy doktorskiej jest przeprowadzenie badań zmęczeniowych
przy kontrolowanym obciążeniu i parametrze energetycznym dla zginania
wahadłowego i różnych przekrojów poprzecznych próbek. Wyznaczenie
charakterystyk zmęczeniowych dla stali C45 i stopu aluminium PA7.
Przeprowadzenie analiz metodą elementów skończonych w celu określenia rozkładu naprężeń i odkształceń w próbkach. Porównanie wyników doświadczalnych parametru energetycznego z wynikami obliczeniowymi dla
innych modeli energetycznych.
mgr inż. Ewa Marcisz
III rok studiów
Badania zmęczeniowe prowadzone są na materiałach stal C45 i stop aluminium PA7. Stal węglowa konstrukcyjna C45 swoje zastosowanie znajduje na średnio obciążonych elementach maszyn, takich jak: osie, koła zębate
czy wirniki pomp. Stop aluminium PA7 używany jest na sprzęgła, zawory hydrauliczne, części samolotów, itp.
Uzyskane trwałości zmęczeniowe, przy różnych obciążeniach i przekrojach próbek, pozwalają wyznaczyć charakterystyki naprężeniowe i energetyczne, które można wykorzystać w przemyśle do prognozowania trwałości.
Wykonanie badań dla dwóch różnych przekrojów poprzecznych próbek pozwala na szersze wykorzystanie wyników badań zmęczeniowych w przemyśle oraz umożliwia lepsze dobranie kształtu elementów pracujących
zmęczeniowo.
Przeprowadzone badania i analizy wpłyną na zwiększenie innowacyjność firm, a dzięki temu również województwa opolskiego.
142
Efektem przeprowadzonych badań są wykonane charakterystyki zmęczeniowe dla zginania przy kontrolowanym parametrze energetycznym i naprężeniu nominalnym stali C45 i stopu aluminium PA7 próbek o przekroju
okrągłym. Została również wykonana charakterystyka energetyczna stopu PA7 z kontrolowanym parametrem
energetycznym próbek o przekroju kwadratowym.
Ważniejsze publikacje:
1. Marcisz E., Niesłony A., Łagoda T.: Concept of fatigue for determining characteristics of materials with strengthening,
Materials Science Forum Vol. 726, 2012, pp. 43–48.
2. Marcisz E., Marciniak Z., Rozumek Z., Macha E.: Fatigue characteristics of the 2024 aluminium alloy under cyclic bending with the energy parameter. 7th Internationals Structure & Micromechanics of Fracture, Abstract booklet, Brno
2013, pp. 231.
3. Marcisz E., Marciniak Z., Rozumek D., Macha E.: Energetyczna charakterystyka zmęczeniowa stali c45 przy wahadłowym zginaniu. XIV Krajowa Konferencja Mechaniki Pękania, Kielce 2013, s. 77–78, CD, s. 262 – 270.
4. Rozumek D., Hepner M., Marcisz E.: Rozwój pęknięć zmęczeniowych w stopie tytanu po hartowaniu i starzeniu. XIV
Krajowa Konferencja Mechaniki Pękania, Kielce 2013, s. 102–103, CD, s. 370–379.
5. Achtelik H., Marciniak Z., Macha E., Marcisz E., Rozumek D.: Stanowisko do badań zmęczeniowych materiałów z kontrolowanym parametrem energetycznym przy zginaniu i skręcaniu. Przegląd Mechaniczny, Warszawa, 12/2013, s. 34–38.
6. Marcisz E., Marciniak Z., Rozumek D., Macha E.: Fatigue characteristics of the 2024 aluminium alloy under cyclic bending with the controlled energy parameter. Key Engineering Materials, Vols. 592–593, 2014, pp. 684–687.
7.Prażmowski M., Paul H., Rozumek D., Marcisz E.: The influence of the microstructure near the interface of the Zr/steel explosively welded clad on the fatigue strength. Key Engineering Materials, Vols. 592–593, 2014, pp. 704–707.
8. Marcisz E., Marciniak Z., Rozumek D., Macha E.: Energy fatigue characteristic of C45 steel subjected to cyclic bending.
Key Engineering Materials, Vol. 598, 2014, pp. 147–152.
9. Rozumek D., Hepner M., Marcisz E.: Fatigue Crack Growth in Titanium Alloy after Hardening and Ageing. Key Engineering Materials Vol. 598, 2014, pp. 213–218.
Uczestnictwo w konferencjach:
1. XXIV Sympozjum Zmęczenie i Mechanika Pękania, Bydgoszcz-Pieczyska 2012.
2. Wpływ młodych naukowców na osiągnięcia polskiej nauki, Gdańsk 2012.
3. VI Środowiskowe warsztaty doktorantów Politechniki Opolskiej, Opole-Pokrzywna 2012.
4. Wpływ młodych naukowców na osiągnięcia polskiej nauki, Wrocław 2012.
5. VII Środowiskowych warsztatach doktorantów Politechniki Opolskiej, 2013.
6. 7th International Conference on Materials Structure & Micromechanics of Fracture, Brno 2013.
7.XIV Konferencji Mechaniki Pękania, Kielce 2013.
8. XXV Sympozjum Zmęczenie i Mechanika Pękania, Bydgoszcz-Fojutowo 2014.
143
Maszyn
dr hab. inż. Stanisław Witczak,
prof. PO
Wrzenie naturalnych czynników chłodniczych w parownikach rurowych
Praca doktorska ma na celu poprawę efektywności pracy parowników rurowych stosowanych w chłodnictwie oraz klimatyzacji, których
praca opiera się na naturalnych czynnikach chłodniczych, takich jak
dwutlenek węgla, amoniak oraz węglowodory: propan czy izobutan.
Naturalne czynniki chłodnicze, w przeciwieństwie do powszechnie
stosowanych czynników syntetycznych, zapewniają ochronę środowiska naturalnego.
mgr inż. Joanna Dratwa
II rok studiów
Obecnie ze względu na ochronę środowiska dąży się do wycofywania niebezpiecznych, syntetycznych czynników chłodniczych. Wywołuje to konieczność poszukiwania czynników, które będą mogły je zastąpić. Takimi
czynnikami mogą być czynniki naturalne.
Tematyka pracy doktorskiej wpisuje się w Regionalną Strategię Innowacji Województwa Opolskiego. Uzyskane
rezultaty pozwolą na wdrażanie innowacyjnych systemów chłodniczych w przemyśle. Przyczynią się również
do poprawy ochrony środowiska regionu.
W trakcie dotychczasowej pracy dokonywano analizy eksperymentalnych danych literaturowych dotyczących
warunków wnikania ciepła czystych, naturalnych czynników chłodniczych oraz ich mieszanin z olejem. Na podstawie analiz podjęto się tworzenia korelacji opisujących wpływ oleju na współczynnik wnikania ciepła podczas
wrzenia naturalnych czynników chłodniczych, w szczególności dwutlenku węgla.
144
Wyniki wykonanych analiz zostały przedstawione w następujących publikacjach:
1. „Wpływ udziału oleju na wnikanie ciepła podczas wrzenia CO2 w kanałach”; Zeszyty Naukowe Politechniki Opolskiej;
wyd. PolitechnikiOpolskiej; Opole 2013.
2. „Influence of oil on heat transfer coefficient during boiling carbon dioxide in horizontal channels”; Recenzovaný
sborník přispĕvků vĕdecké interdisciplinární mezinárodní vĕdecké conference doktorandů a odborných asistentů
QUERE 2013 vol. III; wyd. MAGNANIMITAZ; Hradec Králove 2013.
3. „Ocena wpływu częściowo mieszalnego oleju na wnikanie ciepła podczas wrzenia dwutlenku węgla w rurach”; Nowe
trendy w naukach inżynieryjnych 4; Wyd. CREATIVETIME; Kraków 2013.
Ponadto dokonano przeglądu metod badawczych wykorzystywanych podczas analiz wrzenia naturalnych i syntetycznych czynników chłodniczych, a także metod obliczeniowych wykorzystywanych do analizy wrzenia naturalnych czynników chłodniczych. Na tej postawie powstały publikacje:
4. „Ocena metod obliczania oporów przepływu podczas wrzenia amoniaku w rurach”; Młodzi Naukowcy dla Polskiej
Nauki. Część X; wyd. CREATIVETIME; Kraków 2013.
5. „Analiza warunków wnikania ciepła przy wrzeniu zaolejonego CO2 w rurach”; Młodzi dla Techniki; wyd. Politechniki Warszawskiej, Płock 2013.
Tematyka została również przedstawiona na konferencjach naukowych:
1. „Wpływ młodych naukowców na osiągnięcia polskiej nauki. IV Edycja” Gdańsk 13–14 kwietnia 2013r.
2. „Interdisciplinary Scientific Conference for PhD students and assistants QUARE 2013” Hradec Králove, Českárepublika 20–24 maja 2013.
3. „Analiza warunków wnikania ciepła przy wrzeniu zaolejonego CO2 w rurach”; 10.2013 Płock.
4. „Wpływ Młodych Naukowców na Osiągnięcia Polskiej Nauki”; „Przegląd metod badawczych wykorzystywanych podczas wrzenia CO2 w kanałach konwencjonalnych”; 23.11.2013 Zakopane.
145
Budownictwo
prof. dr hab. inż.
Wojciech Radomski
Analiza wpływu zmiany układu statycznego na redystrybucję
sił wewnętrznych w konstrukcjach mostowych
Wiele obiektów mostowych w naszym kraju wymaga niezwłocznych modernizacji i napraw. Często konstrukcje te nie są przystosowane do zwiększonego ruchu, a klasa obciążenia, na którą były niegdyś projektowane, jest
obecnie niewystarczająca. Powstaje potrzeba przystosowania tych obiektów
do nowych warunków ruchu, co wiąże się często z potrzebą ich modernizacji
strukturalnej i funkcjonalnej. Konsekwencją tego rodzaju działań jest zawsze
redystrybucja sił wewnętrznych w konstrukcji. Jednak nie tylko w przypadku modernizacji mamy do czynienia z tym zjawiskiem. Redystrybucja sił wewnętrznych w konstrukcjach mostowych może mieć także wiele innych źródeł
jak np. przejścia ze stanów montażowych na stany eksploatacyjne podczas
budowy obiektów, a także efekty reologiczne w trakcie ich użytkowania.
mgr Karolina Drozdowska
IV rok studiów
Do redystrybucji sił wewnętrznych w istniejących obiektach mostowych dochodzi w praktyce bardzo często,
przede wszystkim, gdy stosowane są aktywne metody wzmocnień ich konstrukcji, a także wskutek zmiany układu statycznego. Najbardziej wymownym, stosunkowo najczęstszym przykładem tej ostatniej z wymienionych
sytuacji jest likwidacja przegubów i utworzenie w ten sposób ciągłego kładu bezprzegubowego. W wyniku tej
zmiany dochodzi do redystrybucji sił wewnętrznych, a niedostatecznie wnikliwe jej uwzględnienie może prowadzić do poważnych, negatywnych następstw, łącznie nawet z katastrofami.
Temat ma nie tylko znaczenie poznawcze, ale także bezpośrednie odniesienie do praktyki. Efekty redystrybucji
sił wewnętrznych w konstrukcjach mostowych podlegających modernizacji strukturalnej i/lub funkcjonalnej nie
są zwykle dostatecznie wnikliwie analizowane przez projektantów, a konsekwencje tego mogą nie tylko obniżać
cechy użytkowe i trwałość obiektów, ale także zagrażać ich bezpieczeństwu. Tak zwana literatura przedmiotu
w zakresie objętym tematyką rozprawy nie jest zbyt obszerna, co dodatkowo uzasadnia potrzebę jej podjęcia.
Wobec znanych przypadków katastrof konstrukcji mostowych spowodowanych niewystarczająco wszechstronną analizą skutków redystrybucji sił wewnętrznych, bardzo ważnym postulatem jest dokładne i wszechstronne
określenie jej wpływu na bezpieczeństwo tych konstrukcji.
146
Wyniki badań wpłyną na sprawniejszą ocenę stanu konstrukcji mostowej przed przystąpieniem do remontu czy
też modernizacji oraz na dobór odpowiednich rozwiązań, zapewniających maksymalne wykorzystanie dotychczasowego obiektu. Pozwoli to również na przewidywanie pracy konstrukcji po modernizacji (redystrybucję sił).
Wyniki badań będzie można wykorzystać w przedsiębiorstwach projektowych do jeszcze bardziej ekonomicznego planowania remontów i modernizacji istniejących mostów.
Opracowano podstawowe warianty poszerzeń przedmiotowych obiektów mostowych, a także podstawy decyzji- logistyczne aspekty towarzyszące przy wyborze odpowiedniego rozwiązania.
Zwrócono uwagę na problem różnego rodzaju uszkodzeń powstających z biegiem lat w konstrukcjach mostowych. Dokonano komputerowej symulacji na wybranym modelu, skupiając się na różnicowaniu wymiaru
powstałego defektu oraz jego rozpiętości na tle całej konstrukcji. Następnie dokonano analizy wpływu tego
zjawiska na redystrybucję sił wewnętrznych. Rozpatrzono także sytuację, w której zmianie ulega schemat statyczny mostu (np. likwidacja przegubów Gerbera) i oceniono wpływ tej sytuacji na układ sił i dalsze predyspozycje konstrukcji do użytku.
Publikacje:
1. Drozdowska K., Stan infrastruktury drogowej, a bezpieczeństwo ruchu na przykładzie województwa opolskiego,
Autobusy- Technika, Eksploatacja, Systemy Transportowe, str. 1489–1498, Instytut Naukowo-Wydawniczy SPATIUM.
ISSN-1509–5878 3, 2013.
2. Drozdowska K., Radomski W., Logistyczne aspekty poszerzania obiektów mostowych, TTS- Technika Transportu Szynowego, nr 9/2012, str. 3135- 3145, Instytut Naukowo-Wydawniczy „TTS”, ISSN 1232–3829, 2012.
3. Drozdowska K., Wybrane metody poszerzania i wzmacniania obiektów mostowych, Creative Science, Nowe trendy
w naukach inżynieryjnych 3 Tom III, str. 107–114, ISBN 978–83–63058–24–1, 2013.
4. Drozdowska K., Aspekty poszerzania drogowych obiektów mostowych, Creative Science, Młodzi naukowcy dla polskiej nauki cz. VII, Nauki Inżynieryjne Tom V, str. 91–100, ISBN 978–83–63058–21–0, 2013.
1. XVII Międzynarodowa Konferencja „Komputerowe Systemy Wspomagania Nauki, Przemysłu i Transportu”, TransComp, Zakopane 12. 2013.
2. X Konferencja Naukowo-Techniczna” LogiTrans, Logistyka, Systemy transportowe, bezpieczeństwo w transporcie”,
16–19.04 2013 r. Szczyrk.
3. Konferencja „Dokonania Naukowe Doktorantów”, Creativetime, 20.04.2013 r. Kraków.
4. XVI Międzynarodowa Konferencja „Komputerowe Systemy Wspomagania Nauki, Przemysłu i Transportu”, TransComp Zakopane 12. 2012.
5. Wpływ młodych naukowców na osiągnięcia polskiej nauki: III Edycja Nowe trendy w naukach inżynieryjnych,
25.11.2012 – Wrocław.
147
Elektrotechnika
prof. dr hab. inż. Tomasz Boczar
Pomiary i analiza sygnałów infradźwiękowych
generowanych pracą turbin wiatrowych dużych mocy
Hałas infradźwiękowy emitowany przez turbiny wiatrowe dużych mocy –
opracowanie (zaleceń dla) referencyjnej metodyki pomiarowej.
Wyniki prowadzonych prac umożliwią wprowadzenie innowacyjnej na
polskim rynku usługi pozwalającej przeprowadzić ocenę oddziaływania
na środowisko w zakresie hałasu infradźwiękowego istniejących i planowanych farm wiatrowych. Dodatkowo wyniki pracy będą mogły być wykorzystane na etapie konsultacji społecznych procedur administracyjnych
podczas uzyskiwania pozwolenia na budowę farm wiatrowych.
mgr Tomasz Malec
IV rok studiów
Efekt badań stanowi szeroki wachlarz osiągnięć, począwszy od zwiększenia stanu wiedzy na temat propagacji
infradźwięków w przestrzeni otwartej, aż do praktycznego zastosowania otrzymanych wyników przy ocenie
istniejących i planowanych farm wiatrowych. Wyniki badań stanowią niezwykle cenną wiedzę na temat potencjalnego oddziaływania planowanych inwestycji oraz pozwalają zwiększyć świadomość społeczną na temat
oddziaływania w zakresie infradźwięków turbin wiatrowych.
Konferencje:
1. 9th Winter Workshop on Acoustoelectronics, 2013–02–25 ÷ 2013–02–28, Szczyrk, Poland, T. Malec, T. Boczar, D. Wotzka, T. Szczyrba, Comparative analysis of infrasound noise of wind turbines with asynchronous and synchronous generator.
2. 12th IEEE International Conference on Environment and Electrical Engineering (EEEIC), 2013, 5–8 May, Wroclaw, Poland, jak
w punkcie 2 i 3 literatury.
148
Literatura:
1. Malec T., Boczar T., Wotzka D.: Studies on Infrasound Noise Emitted by Wind Turbines of Large Power, Acta Physica
Polonica A, 2012, tom 122, numer 5, str. 850–853, ISSN 0587–4246.
2. Malec T., Boczar T.: Analysis of infrasound noise emitted by high-power wind turbine with synchronous generator, 12th IEEE International Conference on Environment and Electrical Engineering (EEEIC), 2013, 5–8 May, Wroclaw, Poland. ISBN: 978–1-4673–3060–2.
3. Malec T., Boczar T.: Analysis of infrasound noise emitted by high power wind turbine with asynchronous generator
for selected resonant and median frequencies, 12th IEEE International Conference on Environment and Electrical Engineering (EEEIC), 2013, 5–8 May, Wroclaw, Poland. ISBN: 978–1-4673–3060–2.
4. Malec T., Boczar T., Pierzga R., Wotzka D: Analysis of Vibro-Acoustic Signals Generated during Operation of Micro Wind
Turbines, Acta Physica Polonica A, 2013, tom 124, numer 3, str. 595–597, ISSN 0587–4246.
Badania hałasu infradźwiękowego generowanego
przez turbiny wiatrowe małej mocy
Celem pracy doktorskiej jest zdefiniowanie poziomu ciśnienia akustycznego generowanego pracą małych (przydomowych) turbin wiatrowych oraz ich wpływu na środowisko
akustyczne człowieka. Badania prowadzone są zgodnie z wytycznymi zawartymi w polskich
normach odnoszących się do sposobu pomiaru hałasu dla turbozespołów wiatrowych.
mgr Radosław Pierzga
Wyniki badań będzie można wdrożyć w województwie opolskim. W oparciu
III rok studiów
o uzyskane wyniki badań i analiz przedsiębiorcy prowadzący laboratoria
akustyczne będą mogli dokonywać dokładniejszych analiz oddziaływania
środowiskowego instalacji małych turbozespołów wiatrowych w zakresie hałasu infradźwiękowego. Dotyczy to
zwłaszcza instalacji znajdujących się lub mających się znaleźć na budynkach użyteczności publicznej.
W ramach prac badawczych przeprowadzono pomiary poziomu hałasu infradźwiękowego małych turbin wiatrowych różnych typów zainstalowanych w obrębie miasta Opola. Przeprowadzono analizy akustyczne uzyskanych
wyników pomiarów oraz odniesiono uzyskane wartości do wartości kryterialnych zawartych w odpowiadających
normach [1]. W związku z prowadzonymi badaniami naukowymi doktorant uczestniczył w międzynarodowych
konferencjach we Wrocławiu (2013) i w Szczyrku (2014).
Powstały także następujące opracowania naukowe:
1. R. Pierzga; Zeszyty Naukowe Politechniki Opolskiej, Elektryka z. 68, s. 53, nr 347/2012 ISSN 1429–1533; 2012r. Overview
of small power wind microturbines solution for application for individual customers.
2. R. Pierzga, T. Boczar; EEEIC2013 Conference proceedings, 12th International Conference on Environment and Electrical Engineering, Wroclaw 2013, Analysis of low-frequency acoustic signals emitted by low-power vertical axis wind turbine VAWT.
3. R. Pierzga, D. Wotzka, T. Boczar; EEEIC2013 Conference proceedings, 12th International Conference on Environment and
Electrical Engineering, Wroclaw 2013 Frequency analysis of micro wind turbine vibrations using the MUSIC method.
4. R. Pierzga; Zeszyty Naukowe Politechniki Opolskiej, Elektryka z. 69, s. 83, nr 350/2013 Infra sound Noise fom Small Vertical Wind Turbine Outline of the Problem.
5. R. Pierzga, T. Boczar, D. Wotzka, D. Zmarzły; Acta Physica Polonica A; vol 124 (2013); p. 542; Studies on Infrasound Noise Generated by Operation of Low-Power Wind Turbine.
6. R. Pierzga D. Wotzka, T. Boczar, T. Malec,; Acta Physica Polonica A; vol 124 (2013); p. 595; Analysis of Vibro-Acoustic Signals Generated during Operation of Micro Wind Turbines.
Literatura:
1. PN-Z-01338:2010 Akustyka - Pomiar i ocena hałasu infradźwiękowego na stanowiskach pracy.
149
Elektrotechnika
prof. dr hab. inż.
Gerhard Bartodziej
Identyfikacja przęsła linii elektroenergetycznej
bezinwazyjną metodą optyczną
Celem pracy jest opracowanie innowacyjnej metody pomiaru położenia
przewodów napowietrznych linii elektroenergetycznych z wykorzystaniem
wizyjnego monitoringu oraz technik przetwarzania obrazu. Zastosowanie
technik analizy obrazów cyfrowych (stały monitoring) pozwala na kontrolę
położenia przewodów, obserwację nadzwyczajnych stanów pracy elementów linii elektroenergetycznej, analizę drgań przewodów, detekcję oblodzenia oraz wyznaczanie dynamicznej obciążalności linii.
mgr inż. Michał Krawiec
III rok studiów
Przemysł elektroenergetyczny w Polsce jest zainteresowany badaniami związanymi z dynamiczną obciążalnością linii elektroenergetycznych. Budowa inteligentnych sieci przesyłowych tzw. Smart Grid powoli staje się rzeczywistością. W tej technologii niezbędne będzie wyznaczanie dynamicznych obciążalności poszczególnych
odcinków linii. Dokładne prognozowanie bieżących parametrów linii jest utrudnione ze względu na szybko
zmieniające się warunki.
Rozwiązaniem tego problemu jest bieżące monitorowanie podstawowych parametrów oraz stałe informowanie za pomocą nowoczesnych środków komunikacji (GSM, sieć Internet). Monitoring pozwala na łatwiejszą integrację istniejącej sieci z odnawialnymi źródłami energii (OZE).
150
Opracowano algorytm przeliczenia danych opisujących położenie przewodów napowietrznej linii elektroenergetycznej z wartości wyrażonej w pikselach na znormalizowane jednostki geometryczne. Została wykonana
innowacyjna aplikacja komputerowa do analizy zdjęć wizyjnych i termowizyjnych (wykrywanie krawędzi prostoliniowych na obrazach cyfrowych dla różnych warunków atmosferycznych). Opracowano wyniki długookresowych pomiarów położenia przewodów napowietrznych linii elektroenergetycznych wykonanych na linii przesyłowej 110 kV. Wyniki badań zostały opublikowane m.in. w czasopiśmie z listy filadelfijskiej oraz w rozdziałach
w zwartym opracowaniu akademickim.
Publikacje:
1. Tomaszewski M., Krawiec M., Wykrywanie obiektów liniowych na podstawie analizy obrazu z wykorzystaniem transformaty Hougha, Przegląd Elektrotechniczny, nr 10b, 2012, str. 42–45.
2. Tomaszewski M., Krawiec M., Przegląd wybranych metod monitoringu napowietrznych linii elektroenergetycznych
w monografii Wybrane problemy eksploatacji sieci elektroenergetycznych pod redakcją Michała Tomaszewskiego,
Nowa Energia, 2012, str. 33–48.
3. Tomaszewski M., Krawiec M., Monitoring oblodzenia przewodów napowietrznej linii elektroenergetycznej w monografii Wybrane problemy eksploatacji sieci elektroenergetycznych pod redakcją Michała Tomaszewskiego, Nowa
Energia, 2012, str. 66–79.
4. Krawiec M., Tomaszewski M., Analiza zmiany położenia przewodów linii elektroenergetycznych w długim okresie
w monografii Inżynieria Wytwarzania, PWSZ Kalisz, Kalisz 2012, str. 99–106.
5. Krawiec M., An algorithm for detection of wires using computer vision, Zeszyty naukowe Politechniki Opolskiej, Elektryka z.69, nr 350/2013, str. 47–48.
6. Krawiec M., Wybrane metody wykrywania prostych krawędzi w obrazach cyfrowych, Prace doktorantów, Politechnika Opolska październik 2013, str. 41–44.
Konferencje:
1. XVIII Międzynarodowe Seminarium Metrologów, Lwów 25–28.09.2012 r., organizatorzy: Politechnika Rzeszowska,
Politechnika Lwowska.
2. IV Międzyuczelniane Seminarium Studenckich Kół Naukowych i Studiów Doktoranckich, Kalisz 29–30.11.2012 r., organizator: Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Kaliszu.
3. VII Środowiskowe Warsztaty Doktorantów Politechniki Opolskiej, Pokrzywna 12–14.06.2013 r.
1. Tomaszewski M., Krawiec M., nr P.397867, Sposób i urządzenie do monitorowania wielkości oblodzenia linii elektroenergetycznych.
2. Tomaszewski M., Krawiec M., nr P.398312, Sposób i układ do ciągłego monitorowania położenia przewodów napowietrznych linii sieci elektroenergetycznych.
151
Elektrotechnika
dr hab. inż. Andrzej Cichoń,
prof. PO
Dobór przetworników pomiarowych do diagnostyki podobciążeniowych
przełączników zaczepów wykonywanej metodą emisji akustycznej
Badania prowadzone w ramach pracy doktorskiej związane są z diagnostyką transformatorów energetycznych. Ze względu na stabilność krajowego i światowego systemu przesyłu energii elektrycznej problematyka
diagnostyki transformatorów energetycznych należy do ciągle aktualnych
zagadnień przemysłowych.
Głównym celem prac jest udoskonalenie innowacyjnej metody oceny stamgr inż. Paweł Berger
nu technicznego transformatora, a dokładniej jednego z jego komponenI rok studiów
tów – podobciążeniowego przełącznika zaczepów (PPZ). PPZ to podzespół
transformatora odpowiedzialny za przełączanie odpowiednich obwodów
elektrycznych związanych z uzwojeniami regulacyjnymi. Cykl przełączania
odbywa się najczęściej w warunkach obciążenia transformatora i bez przerywania przepływu prądu. Taki tryb pracy urządzenia pozwala na regulację napięcia w sieci elektroenergetycznej, a co za tym idzie, utrzymanie wymaganych poziomów napięć u odbiorców końcowych.
Metoda nad którą prowadzone są prace pozwala na ocenę stanu technicznego PPZ bez konieczności przerywania jego pracy. Jest to niezwykle istotne ze względu na fakt, iż badane obiekty pracują w trybie ciągłym a ich
każdorazowe wyłączenie jest problematyczne. Dodatkowo, jak donosi raport CIGRE [1] defekty PPZ należą do
najczęściej występujących w transformatorach. Kolejną istotną zaletą opisywanej metody jest relatywnie krótki
czas oczekiwania na wyniki analizy, co nabiera szczególnego znaczenia w nagłych sytuacjach.
Badania ukierunkowane są na dobór przetworników pomiarowych wykorzystywanych w procesie diagnostycznym PPZ. Problematyka doboru przetwornika związana jest z ich zróżnicowanymi właściwościami metrologicznymi oraz możliwościami zastosowania danego typu przetwornika. Dobór parametrów narzędzi matematycznych
na potrzeby procesu badawczego stanowi jeden z elementów pracy. Zważywszy na różnorodność dostępnych
metod matematycznej analizy badanych sygnałów akustycznych jest to aspekt istotny.
152
Istnieją szerokie możliwości wykorzystania uzyskanych wyników w praktyce przemysłowej. Zakończony proces
badawczy pozwoli na udoskonalenie metody oceny stanu technicznego PPZ bazującej na rejestrowanej emisji
akustycznej. Omawiana metoda stanowi jedną z najnowszych stosowanych aktualnie w przemyśle.
Usprawnienie będzie polegało na określeniu przydatności wybranych przetworników pomiarowych do detekcji defektów PPZ co pozwoli na wybór przetwornika najlepiej predysponowanego do konkretnego zadania.
Osiągnięte efekty badań (publikacje, zgłoszenia patentowe, konferencje):
Prace zaowocowały wyborem transformacji Falkowej (a dokładniej jej widma energetycznego) jako narzędzia
pozwalającego na jakościową ocenę wyników. Zastosowana analiza statystyczna pozwoliła na wybór falek bazowych transformaty Falkowej najlepiej predysponowanych w procesie detekcji uszkodzeń podobciążeniowych
przełączników zaczepów.
Efektem prowadzonych prac są niżej wymienione publikacje:
1. Berger P.; Cichoń A.; Borucki S.; Analiza porównawcza wyników badań w zakresie oceny stopnia zużycia styków PPZ
metodą akustyczną i oscylograficzną; Pomiary Automatyka Kontrola, nr 02, 2013.
2. Berger P.; Cichoń A.; Borucki S.; Selecting sensor for On Load Tap Changer contacts degree of wear diagnostics; Acta
Physica Polonica A, Vol.124, No.3, 2013.
3. Berger P.; Cichoń A.; „Odcisk palca” sygnałów emisji akustycznej generowanych przez podobciążeniowy przełącznik
zaczepów transformatora energetycznego; Materiały XVIII Konferencji Energetyki, 2013.
4. Berger P.; Cichoń A.; Deskryptory sygnałów emisji akustycznej generowanych przez nowy podobciążeniowy przełącznik zaczepów zainstalowany w transformatorze elektroenergetycznym; Przegląd Elektrotechniczny, 01/2014.
Konferencje:
1. Transformatory w eksploatacji, kwiecień 2013, Kołobrzeg.
Literatura:
1. 12.05 CIGRE pt. „An international survey on failures in large power transformers in service”, Electra, no. 88, pp. 21–47.
153
Elektrotechnika
prof. dr hab. inż.
Marian Łukaniszyn
Analiza stanów cieplnych w silnikach małej mocy
Celem pracy było opracowanie skutecznej oraz efektywnej metody analizy
cieplnej maszyn elektrycznych małej mocy. Dotychczas stosowane metody nie sprawdzały się w przypadku silników z uzwojeniami wsypywanymi.
Spowodowane to jest trudnością uwzględnienia skomplikowanej struktury uzwojenia, składającego się z drutów nawojowych, emalii, impregnatu
oraz powietrza. Wyznaczenie maksymalnej temperatury jaka występuje
w uzwojeniu jest natomiast ważna ze względu na obciążalność maszyny
oraz jej czas życia.
mgr inż. Piotr Mynarek
IV rok studiów
Dlatego też w projekcie skupiono się na opracowaniu metody homogenizacji uzwojeń pozwalającej na poprawne odwzorowanie rzeczywistego
rozkładu pola temperatury w silniku elektrycznym.
W ostatnim czasie można zauważyć wzrost wymagań w zakresie projektowania maszyn elektrycznych. Jest
to spowodowane między innymi coraz częstszymi próbami zastąpienia silników spalinowych silnikami elektrycznymi w motoryzacji lub lotnictwie. Nowe zastosowania przetworników elektromechanicznych wymagają
nowoczesnych metod projektowania, pozwalających na uzyskiwanie maszyn o jak największej gęstości mocy.
Głównym czynnikiem wpływającym na moc wyjściową danego przetwornika elektromechanicznego są ograniczenia cieplne, które wynikają z zachodzących w silniku zjawisk termicznych.
Wszystkie wymienione powyżej aspekty powodują wzrost zainteresowania analizą termiczną na etapie projektowania nowych konstrukcji maszyn elektrycznych.
154
Proponowana w pracy metoda obliczeniowa pozwala na lepszą ocenę cieplną silnika w fazie jego projektowania, dzięki czemu ogranicza się konieczność budowania prototypów do minimum. Nowe podejście do zagadnienia pozwala na spełnienie rosnących wymagań w zakresie projektowania maszyn elektrycznych, a mianowicie uzyskiwanie nowych konstrukcji o jak największej gęstości mocy.
W ramach przeprowadzonego projektu przebadano skuteczność i efektywność zaproponowanego podejścia
do zagadnienia związanego z analizą cieplną silników małej mocy. Efekty badań zostały przedstawione w publikacjach na krajowych i międzynarodowych konferencjach.
1. Piotr Mynarek, Marcin Kowol: Analiza dynamiczna stanów cieplnych w silnikach małej mocy, Prace Naukowe Politechniki Śląskiej. Elektryka, z. 2 (222), Gliwice, 2012, s. 55–63.
2. Marcin Kowol, Piotr Mynarek, Janusz Kołodziej: Zastosowanie środowiska LabVIEW w badaniach silników z magnesami trwałymi, Poznań University of Technology, Academic Journals, Electrical Enginnering, Computer Applications
in Electrical Enginnering, Issue 75, Poznań 2013. s. 49–56.
3. Piotr Mynarek, Marcin Kowol, Marian Łukaniszyn: Zastosowanie metody elementów skończonych do wyznaczania
parametrów elektromagnetycznych silnika PMSM, Poznań University of Technology, Academic Journals, Electrical
Enginnering, Computer Applications in Electrical Enginnering, Issue 75, Poznań 2013. s. 57–62.
4. Piotr Mynarek: Thermal modeling of a stator winding of electrical machine using FEA – Zeszyty Naukowe Politechniki Opolskiej, Elektryka, z.69, Opole 2013, s. 65–66.
5. Piotr Mynarek, Marcin Kowol: Analiza polowo-obwodowa silnika synchronicznego z magnesami trwałymi o rozruchu
częstotliwościowym, Zeszyty Problemowe – Maszyny Elektryczne Nr 100/3/2013, Komel, s.73–76.
6. Piotr Mynarek: Analysis of Iron and Copper Losses in Permanent Magnet Synchronous Motor- WOFEX 2013, VŠB –
Technical University of Ostrava, FEECS, Ostrava 2013, pp. 124–127.
7.Piotr Mynarek, Marcin Kowol: Metoda homogenizacji uzwojeń stojana maszyn elektrycznych, Poznań University of
Technology, Academic Journals, Electrical Enginnering, Computer Applications in Electrical Enginnering, Issue 77,
Poznań 2014. s. 149-154.
155
Elektrotechnika
dr hab. inż. Zbigniew Plutecki,
prof. PO
Modelowanie procesu projektowania i symulacja
warunków pracy małych turbin wiatrowych
Głównym celem pracy jest analiza lokalnych warunków klimatycznych
w przestrzeni miejskiej dla potrzeb zabudowy turbin wiatrowych.
W ramach pracy są prowadzone badania polegające na wykorzystaniu metod numerycznych do modelowania rozkładu prędkości powietrza w wyniku złożonych zjawisk klimatycznych z uwzględnieniem topologii terenu
i kształtu obiektów. Obszarem badań jest teren miasta Opola wokół budynków WSZN dla których rozważa się możliwość zabudowy turbin wiatrowych.
mgr inż. Paweł Sattler
III rok studiów
Wyniki badań projektu badawczego pozwolą określić miejsca w przestrzeni budynku w których mają być zabudowane OZE jakim są turbiny wiatrowe małych mocy. Taki sposób projektowania małych instalacji turbin wiatrowych jest jedynym sposobem na uniknięcie lokalnych stref bezwietrznych lub o małej wietrzności. Docelowym
odbiorcą wyników przeprowadzonych badań będą przedsiębiorstwa prywatne, państwowe z uwzględnieniem
obiektów użyteczności publicznej, które dzięki takim badaniom mogą uzyskać wiedzę na temat możliwości wykorzystania, zabudowy i opłacalności budowy małych turbin wiatrowych w danej lokalizacji.
Nowym rozwiązaniem może być wykorzystanie badań przez biura projektowe jako punkt wyjścia ku dalszej
możliwości generowania wiedzy, będącej podstawą działalności innowacyjnej w zakresie wykorzystania OZE
w przestrzeni miejskiej. Rozwiązanie stwarza możliwości podniesienia poziomu wykorzystania energii odnawialnej w zastosowaniach komercyjnych, co wiąże się z podniesieniem poziomu technologicznego jak i ekonomicznego podmiotów. Ostatnią grupą, w której potencjał innowacyjności może być zwiększony to lokalne
156
przedsiębiorstwa zajmujące się sprzedażą oraz montażem instalacji Odnawialnych Źródeł Energii, w których
wzrośnie zakres wykorzystania turbin wiatrowych.
Celem praktycznym badań jest opracowanie metody, która będzie pozwalać uzyskiwać drogą symulacji wiarygodnych wartości dzięki, którym możliwe jest eliminowanie drogich i długotrwałych badań eksperymentalnych.
Efektem realizacji badań są długoterminowe dane klimatyczne panujące na badanym terenie miasta Opola oraz
ich analiza i interpretacja. Kolejnym rezultatem wykonanych prac jest trójwymiarowy model badanego terenu
opracowany w środowisku CAD, który pozwoli na wielowariantową symulację numeryczną zjawisk klimatycznych. Obecnie uwaga doktoranta koncentruje się na doborze modelu turbulencji dla przepływów powietrza
wokół zespołu budynków aglomeracji miejskiej.
Publikacje:
1. Z. Plutecki, P. Sattler, Diagnostyka stanu naprężeń z wykorzystaniem modelowania matematycznego i pomiaru przestrzennych odkształceń, Wybrane zagadnienia gospodarki remontowej energetyki pod red. S. Zatora i M. Tomaszewskiego, Nowa Energia, Opole 2012, str. 154–164.
2. P. Sattler, Modeling of kinetics air movement in urban area, Zeszyty Naukowe Politechniki Opolskiej, Elektryka z.68
nr 347/2013, s. 95–96.
3. Z. Plutecki, P. Sattler, K. Ryszczyk, Wybór lokalizacji zabudowy małych turbin wiatrowych na podstawie badań symulacyjnych zjawisk w geometrii 3d, Innowacje w Zarządzaniu i Inżynierii Produkcji, XVII Konferencja naukowa IZIP
Materiały konferencyjne, Zakopane 2014, str. 860–870.
4. Z. Plutecki, P. Sattler, K. Ryszczyk, Diagnostyka warunków pracy i ich wpływ na efektywność energetyczną małych
turbin wiatrowych, Diagnostyka inwestycyjno – eksploatacyjna wybranych urządzeń i sieci energetycznych pod red.
Z. Kabzy i S. Zatora, Opole 2014.
1. VII Środowiskowe Warsztaty Doktorantów Politechniki Opolskiej – Pokrzywna (12.06.2013–14.06.2013).
2. ANSYS, CONFERENCE SymKom 2014, Spotkanie użytkowników oprogramowania Ansys, 22.11. 2013 Hotel Marriott
Warszawa.
157
Elektrotechnika
dr hab. inż. Sławomir Szymaniec,
prof. PO
Ocena skuteczności badań diagnostycznych napędów przemysłowych
w oparciu o pomiary i analizę sygnału drganiowego
Określenie skuteczności badań diagnostycznych przemysłowych dla najważniejszych maszyn przemysłowych w oparciu o pomiar i analizę sygnału
drganiowego zarówno mierzonego off-line jak i on-line z wykorzystaniem
drgań bezwzględnych i względnych.
Większość zakładów w Polsce, w tym także cementowni, realizuje stały
monitoring ciągów produkcyjnych i jest niezwykle zainteresowanych ich
Rys. 1. B adany napęd elektryczny typu DOLMEL SYUe-148r/01,
3-faz., pierścieniowy o mocy 1000 kW i prędkości obrotowej 738 obr/min.
158
mgr inż. Marek Klimowski
IV rok studiów
Rys. 2. Badany napęd elektryczny typu DOLMEL SAS-158,
3-faz., synchroniczny o mocy 1000 kW i prędkości
obrotowej 750 obr/min.
kontrolą prowadzoną w czasie rzeczywistym, a nie tylko doraźnie, po zauważeniu pierwszych symptomów
uszkodzeń. Zaproponowane do wdrożenia innowacyjne systemy pomiarowe napędów przemysłowych umożliwiają diagnostykę uszkodzeń typu mechanicznego, elektrycznego i magnetycznego.
Pomiary i analiza sygnału drganiowego zarówno mierzonego off-line jak i on-line z wykorzystaniem drgań bezwzględnych i względnych są badaniem coraz powszechniejszym w diagnostyce i posiadają duże możliwości
zastosowania w przemyśle.
Rys. 3. Zamontowana aparatura badawcza, strona napędowa
silnika.
Rys. 4. Komputerowe stanowisko do rejestracji pomiarów.
Opracowano i wdrożono nowoczesne metody nadzoru krytycznych napędów przemysłowych w zakresie pomiaru drgań, interpretacji danych, co warunkuje ich bezpieczną eksploatację, daje możliwość realnego obniżenia kosztów produkcji, powoduje poprawę ergonomii pracy zatrudnionych pracowników. Praktyczna realizacja badań, jak również analiza otrzymanych wyników pozwoliła na określenie skutecznych metod prowadzenia
diagnostyki stanu technicznego nadzorowanych maszyn, które są możliwe do natychmiastowego wdrożenia
w przemyśle cementowym i energetycznym.
Publikacje:
1. Klimowski M.: Wykorzystanie drgań względnych do monitoringu on-line napędów krytycznych, Wydawnictwo BOBRME, Katowice 2013, Maszyny Elektryczne Nr 99-2/2013, str. 109-114, ISSN 0239-3646 (PL).
2. Klimowski M.: Diagnostyka wibroakustyczna w oparciu o uregulowania normatywne PN i ISO, Wydawnictwo BOBRME, Katowice 2013, Maszyny Elektryczne Nr 99-2/2013, str. 115-120, ISSN 0239-3646 (PL).
3. Klimowski M.: Measurement of relative vibrations of rotary shafts in electric motors, Zeszyty naukowe Politechniki
Opolskiej seria Elektryka z. 69 Oficyna Wydawnicza Politechniki Opolskiej, Opole 2013, s. 41-42, ISSN 1429-1533 (EN).
4. Klimowski M.: Pomiary drgań wałów wirujących maszyn elektrycznych i kryteria oceny, Materiały konferencyjne XLV Międzyuczelnianej Konferencji Metrologów, Głuchołazy 2013, Wydawnictwo Komisji Metrologii Oddział PAN, ISBN 978-83-930505-6-7 (PL).
5. Klimowski M.: The Use of Absolute Vibrations for On-line Monitoring of Industrial Electric Motors, WOFEX VSB – Technical University of
Ostrava, Wydawnictwo Michal Kratky, Jiri Dvorsky, Pavel Moravec (EDS.), Ostrava 2013, s. 118 – 123, FEECS, ISBN 978-80-248-3073-5 (EN).
6. Klimowski M.: Diagnostyka on-line silników elektrycznych z zastosowaniem pomiaru drgań względnych, Wydawnictwo „Druk-Art.” SC, Racibórz 2013, Napędy i Sterowanie Nr 10/2013, ISSN 1507-7764 (PL).
Konferencje:
1. XXII Seminarium Techniczne, Problemy Eksploatacji Maszyn i Napędów Elektrycznych, BOBRME Komel Katowice,
Rytro 22-24.05.2013 r.
2. XLV Międzyuczelniana Konferencja Metrologów, Komisja Metrologii Oddział PAN, Politechnika Opolska, Głuchołazy 8-11.09.2013 r.
3. WOFEX VSB – Technical University of Ostrava, FEECS, BIOM, SoftComp, NETFEI Workshop, Ostrava 10-11.09.2013 r.
Literatura:
1. Dwojak J., Rzepiela M.: Diagnostyka i obsługa techniczna łożysk tocznych. Poradnik, Diagnostyka Techniczna, Warszawa 2003.
2. Szymaniec S.: Badania, eksploatacja i diagnostyka zespołów maszynowych z silnikami indukcyjnymi klatkowymi,
Studia i Monografie z. 333, Oficyna Wydawnictwo Politechniki Opolskiej, Opole 2013.
3. Plutecki Z.: Analiza wpływu mikroklimatu na emisję wyładowań niezupełnych maszyn elektrycznych w warunkach
przemysłowej eksploatacji, Studia i Monografie z. 325, Oficyna Wydawnictwo Politechniki Opolskiej, Opole 2012.
159
Elektrotechnika
prof. dr hab. inż.
Bronisław Tomczuk
Analiza pracy aktywnego osiowego łożyska magnetycznego
z wykorzystaniem metody polowo – obwodowej
Celem pracy jest opracowanie modelu matematycznego oraz sterowania aktywnego osiowego łożyska magnetycznego utrzymującego wirnik
szybkoobrotowego układu napędowego w stanie lewitacji magnetycznej.
Jednym z takich układów napędowych może być wysokoobrotowe elektrowrzeciono. Badania w ramach pracy doktorskiej skupiają się na wykonaniu modeli polowych dla wyznaczenia rozkładu indukcji magnetycznej
oraz parametrów całkowych pola, przeprowadzeniu licznych symulacji
komputerowych na modelach polowo – obwodowych łożyska oraz wykonaniu prototypów, na których zostanie przeprowadzona weryfikacja
pomiarowa. Ponadto zostaną podjęte próby implementacji tzw. metody
bezczujnikowej do detekcji położenia wirnika, mające na celu eliminację
czujników indukcyjnych oraz uproszczenie konstrukcji elektrowrzecion.
mgr inż. Piotr Graca
III rok studiów
Zainteresowanie wysokoobrotowymi wrzecionami łożyskowanymi magnetycznie wykazują podmioty realizujące obróbkę mechaniczną z wykorzystaniem maszyn sterowanych numerycznie CNC. W przypadku powodzenia
prowadzonych badań, istnieje realna możliwość zastosowania ich wyników w modernizacji parków maszynowych na terenie Opolszczyzny. Zastosowanie łożysk magnetycznych pozwoliłoby na uzyskanie lepszej jakości
obróbki mechanicznej, przyspieszenie produkcji wykonywanych detali oraz skrócenie czasu przestojów maszyn potrzebnych do konserwacji lub serwisowania napędów wrzecion. Wprowadzenie łożysk magnetycznych
w przemyśle Opolszczyzny znacząco zwiększyłoby konkurencyjność firm na arenie krajowej i międzynarodowej,
a także poprzez transfer wiedzy, zwiększyłoby innowacyjność podmiotów współpracujących z tymi firmami.
160
Dotychczas wykonano wielowariantowe obliczenia indukcji i sił magnetycznych dla różnych konstrukcji aktywnych osiowych łożysk magnetycznych. Wyniki tych badań opublikowano w pięciu publikacjach oraz były one
tematem referatów wygłoszonych na dwóch konferencjach. Aktualnie budowany jest, wraz z systemem sterowania, prototyp w/w łożyska, który pozwoli na weryfikację wykonanych obliczeń i symulacji.
Publikacje:
1. Graca P., Bezczujnikowy pomiar szczeliny powietrznej w aktywnym łożysku magnetycznym, Rozdział w monografii:
Prace Doktorantów – Clanky Doktorandu, Politechnika Opolska, Listopad 2012, str. 21- 24, ISBN: 978–83–7518–504–1.
2. Graca P., Mrozek K., Influence of Magnetization Curve on the Force Generated in Axial Active Magnetic Bearing, Rozdział w monografii pt. Electrodynamic and Mechatronic Systems, pp. 89–90, Oficyna Wydawnicza Politechniki Opolskiej, Opole, Maj 2013. ISBN: 978–1-4673–5590–2.
3. Graca P., Measurement Of Magnetization Curve In A Steel Probe, Zeszyty Naukowe Politechniki Opolskiej, Seria: Elektryka z.69, nr 350/2013, str.: 27–28.
4. Graca P., Obliczanie Siły w Aktywnym Osiowym Łożysku Magnetycznym dla Różnych Materiałów Magnetycznych,
Rozdział w monografii „Prace Doktorantów – Clanky Doktorandu”, Politechnika Opolska, Październik 2013, str. 29–
34, ISBN: 978–83–64461–00–2.
5. Graca P., Calculation and Verification of Magnetic Field Parameters in Axial Active Magnetic Bearing, Solid State Phenomena Vol. 214 (2014) pp 143 – 150.
Konferencje:
1. VII Środowiskowe Warsztaty Doktorantów Politechniki Opolskiej, Opole – Pokrzywna, 12 – 14 czerwca 2013.
2. International Symposium on Electrodynamic and Mechatronic Systems (SELM 2013), Zawiercie, 15 – 18 maja 2013.
161
Projekt realizowany w ramach Poddziałania 8.2.1 Wsparcie dla współpracy sfery nauki i przedsiębiorstw,
Działania 8.2 Transfer wiedzy, Priorytetu VIII Regionalne kadry gospodarki Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki.
Dane teleadresowe:
Lider projektu:
Urząd Marszałkowski Województwa Opolskiego
Departament Koordynacji Programów Operacyjnych
ul. Piastowska 14
45-082 Opole
tel. 77 44 040 44 w. 112
fax. 77 44 047 21
Partnerzy projektu:
Uniwersytet Opolski
Pl. Kopernika 11a
45-040 Opole
tel. 77 45 27 140
Politechnika Opolska
Ul. Prószkowska 76
45-758 Opole
tel. 77 44 98 482
ISBN: 978-83-60455-73-9
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego.

Zachęcamy do zapoznania się z publikacją

Transkrypt

Podobne dokumenty

Wejdź na: www.gs.uni.opole.pl - Gazeta Studencka

Pobierz plik - Centrum Studiów Zaawansowanych

Realizacja KPOŚK w woj.opolskim w 2010 r.

czas na zmiany na opolskim rynku pracy

MS Outlook