Recenzja rozprawy doktorskiej mgr inż. Mileny Zalewskiej pt

Dr hab. inż. Dariusz Kata prof. AGH
Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki
Akademia Górniczo-Hutnicza
im. Stanisława Staszica w Krakowie
Kraków 17-04-2015
Recenzja rozprawy doktorskiej mgr inż. Mileny Zalewskiej pt.
Porowate tworzywa kompozytowe w procesie usuwania cząstek imitujących
wirusy z wody
Wybór tematu badań
Nanomateriały to nowa grupa materiałów, która swoje szczególne właściwości
zawdzięcza rozmiarowi cząstek. Charakterystyczną cechą nanomateriałów jest duża
powierzchnia granic rozdziału. W zależności od rodzaju tworzywa mogą to być powierzchnie
zewnętrzne, jak w przypadku nanoproszków, nanowłókien, nanorurek lub wewnętrzne
występujące w kompozytach nanokrystalicznych czy w roztworach po rozkładzie
spinodalnym. Nanomateriały wykazują dużą reaktywność chemiczną, adsorpcyjność i
skłonność do aglomeracji. Posiadają charakter biobójczy i z tego powodu są wykorzystywane
w przemyśle farmaceutycznym, kosmetycznym i tekstylnym.
Rozprawa doktorska mgr inż. Mileny Zalewskiej dokumentuje następną interesującą
możliwość wykorzystania nano-cząstek ceramicznych nacechowanych dużym ładunkiem
powierzchniowym, są to filtry złożone z włókien polipropylenowych. Filtry takie mogą
oczyszczać wodę dla celów spożywczych usuwając niebezpieczne patogeny chorobotwórcze.
Jednak ich prawidłowe działanie uzależnione jest od właściwego zaprojektowania włókniny
filtrującej, której zadaniem jest adsorpcja i dezaktywacja wirusów posiadających rozmiary
nanometryczne. Ze względu na te rozmiary konwencjonalna filtracja jest bezużyteczna, a
użycie innych technik jest trudne.
Wydaje się, że prace rozwojowe prowadzone w kierunku tworzenia antywirusowych
filtrów wody są na wczesnym etapie rozwoju. Trudności wiążą się przede wszystkim z
ograniczonymi możliwościami dotowania włókien polipropylenowych cząstkami
ceramicznymi. Dopiero obróbka plazmowa tworzywa, którą zastosowała w pracy mgr inż.
Milena Zalewska okazała się skutecznym sposobem ułatwiającym osadzanie cząstek
ceramicznych na powierzchni włókien.
Po zapoznaniu się z tematyką rozprawy stwierdzam, że Pani Milena Zalewska wybrała
perspektywiczny temat rozprawy, mający szereg aspektów poznawczych i jednocześnie jasno
zdefiniowany cel aplikacyjny. Prace eksperymentalne zostały właściwie zaplanowane, a ich
realizacja doprowadziła do uzyskania jednoznacznych rezultatów. Udokumentowała wirusoadsorpcyjne właściwości otrzymanych włóknistych filtrów polipropylenowo-ceramicznych.
1
Biorąc to pod uwagę przypuszczam, że rezultaty pracy doktorantki spotkają się z szerokim
zainteresowaniem odbiorców, tym bardziej, że mają charakter interdyscyplinarny gdyż łączą
w sobie elementy inżynierii materiałowej, chemii i biologii. Tym samym uważam, że temat
rozprawy został trafnie wybrany zgodnie z aktualnymi trendami rozwoju inżynierii
materiałowej.
Cel i zakres pracy
Pani Milena Zalewska podjęła się realizacji ambitnego celu, jakim było
zmodyfikowanie powierzchni włókien polipropylenowych przy użyciu niskotemperaturowej
plazmy nierównowagowej. Zabieg ten ułatwił proces osadzania cząstek ceramicznych i w
efekcie doprowadził do wytworzenia odpowiedniej włókniny filtracyjnej.
W pracy wybrano trzy rodzaje tlenków: Y2O3, CuO, MgO, których cząstki posiadały
dodatnio naładowany ładunek przy określonym pH wody pitnej. Cząstki osadzano na
modyfikowanych i niemodyfikowanych plazmowo włóknach i następnie przeprowadzono
symulacje procesów filtracji. Rezultaty jasno pokazały, że włókniny o zmodyfikowanej
plazmowo powierzchni spełniają swoje zadanie znacznie skuteczniej. W rozprawie
przedstawiono możliwości połączenia obróbki plazmowej i osadzania cząstek w
jednoetapowy proces celem uzyskania wyższej homogeniczności rozprowadzenia cząstek.
Na uwagę zasługuje szereg technik badawczych, którymi posłużyła się doktorantka.
Rzetelnie wykonała i zanalizowała widma FTIR-ATR włóknin polipropylenowych
modyfikowanych plazmowo, poprawnie wyznaczyła rozkład wielkości aglomeratów
występujących w proszkach ceramicznych oraz prawidłowo wykonała badania
termograwimetryczne i pomiary potencjału dzeta. Uważam, że użyta aparatura oraz
zastosowane techniki były dobrze dobrane dla osiągnięcia założonego celu rozprawy.
Udokumentowany obszar pracy eksperymentalnej jest rozległy i wymagał od
doktorantki znajomości wielu zagadnień z dziedziny inżynierii materiałowej. Zawierał
między innymi modyfikację powierzchni polipropylenu, osadzanie cząstek Y2O3, CuO, MgO
na włókninie i badanie homogeniczności ich rozprowadzenia. Udaną częścią rozprawy jest
przedstawienie rezultatów badań wykonanych nad adsorpcją ujemnie naładowanych cząstek
krzemionki imitujących wirusy. Badania w tej części rozprawy mają charakter aplikacyjny i
są dobrym zakończeniem pracy eksperymentalnej doktorantki.
Moim zdaniem, ostatnie zagadnie mogłoby posłużyć jako wstęp do interesującego
nowego projektu badawczego. Zaplanowany i zrealizowany przez doktorantkę rozkład pracy
jest klamrowy. Rozpoczynający się od modyfikacji włókien, a kończący na przedstawieniu
możliwości aplikacyjnych wytworzonej włókniny kompozytowej. Po przeczytaniu
przedstawionego do recenzji manuskryptu stwierdzam, że jest to dojrzała rozprawa doktorska,
której zakres spełnia standardy ogólnie przyjęte dla tego typu prac.
2
Redakcja i układ rozprawy
Praca zawiera 163 ponumerowane strony, 58 rysunków, 9 tabel oraz 184 pozycje
literaturowe głównie odnoszące się do 20 ostatnich lat. Napisana jest poprawnym językiem
naukowym, zwięzłym i zrozumiałym bez używania nadmiernej ilości przymiotników. Praca
została zredagowana starannie, podpisy pod rysunkami i tabelami są jasno sformułowane i
dobrze oddają ich treść. Recenzent znalazł kilka niejasności językowych, o których nie warto
w tym miejscu dokładniej wspominać.
Układ pracy podzielono klasycznie na dwie części, z których pierwsza zawiera
przegląd literatury, a druga wyniki eksperymentalne. Taki podział pozwolił na gruntowne
zaznajomienie się recenzentowi z poziomem przygotowania teoretycznego i z
umiejętnościami doświadczalnymi doktorantki. W obu przypadkach stwierdzam, że jest on
wysoki, a sama praca nacechowana jest znaczną ilością faktów doświadczalnych i cytowań
literaturowych.
Ocena rozprawy
Część teoretyczna manuskryptu została opisana na 72 stronach, co stanowi ok. 1/2
całości rozprawy. Wydaje się, że ta proporcja jest dla tego typu prac akceptowalna, choć
zdaniem recenzenta część doświadczalna powinna przeważać. Autorka w pierwszej części w
sposób zdyscyplinowany opisuje kolejno metody usuwania wirusów z wody pitnej. Informuje
czytelnika o zaletach i ograniczeniach tych metod nawiązując komentarzem do cytowanej
przez siebie literatury. Następnie doktorantka opisuje proces adsorpcji w procesach
filtracyjnych i metody modyfikacji podłoży filtracyjnych. Informacje są podane w sposób
selektywny, ale przy tym zrozumiały dla czytelnika. Rozdział III kończy się przedstawieniem
zagadnień związanych z procesem modyfikacji plazmowej włóknin i membran
polipropylenowych. Część literaturowa kończy się jasno sformułowanym podsumowaniem.
Po przeanalizowaniu części teoretycznej, stwierdzam z przekonaniem, że to dobrze
zebrany i skomponowany przegląd literatury. Pani mgr inż. Milena Zalewska wykazała swoją
determinację w studiach literaturowych, a cytowane dane na temat wirusów, metod ich
usuwania, adsorpcji i modyfikacji plazmowej opatrzone są własnym komentarzem, co
dodatkowo podnosi walory naukowe manuskryptu.
Część eksperymentalna rozprawy zawiera dokładny opis materiałów użytych w
badaniach. Jest to ważne przede wszystkim dla proszków tlenkowych, gdyż charakterystyka
tych materiałów decyduje o skuteczności ich osadzania i skuteczności procesu filtracji
wirusów. Muszę przyznać, że doktorantka wykonała to zadanie bardzo dobrze. Zbadała
proszki tlenkowe zwracając szczególną uwagę na ich stopień zaglomerowania. Metodyka
badań również została opisana w sposób właściwy. Następnie zwięźle opisano postępowanie
doświadczalne stosowane przy realizacji badań. Rozdział IV to przede wszystkim określenie
wpływu różnych parametrów modyfikacji powierzchni włókien polipropylenowych i stężenia
zawiesiny na proces osadzania proszków tlenkowych oraz ocena morfologii rozmieszczenia
3
cząstek stałych na włóknach. Rozdział ten jako jedyny w rozprawie zawiera raport z wyników
badań. Rozpoczyna się na stronie 95 a kończy na 141, a więc zawiera 46 stron. Każdy tytuł
podrozdziału (z wyjątkiem jednego) rozpoczyna się od słowa „wpływ…”. Sprawia to
negatywne wrażenie na czytelniku, że ma do czynienia z raportem z badań, a nie z dojrzałą
rozprawą doktorską, którą jest w istocie.
Za najważniejsze osiągniecie rozprawy uważam zrealizowanie jednoetapowego
procesu modyfikacji plazmowej włókien z jednoczesnym osadzaniem na powierzchni
proszków Y2O3, CuO, MgO. Zabieg ten doprowadził do jednorodnego rozmieszczenia ziaren
proszku na powierzchni włókien, co miało kluczowy wpływ na proces filtracji wirusów.
Drugim ważnym wynikiem pracy są przeprowadzone testy filtracji przy użyciu ujemnie
naładowanych cząstek tlenku krzemu. Wykazały one, że włókniny polipropylenowe
modyfikowane tlenkiem itru odznaczają się blisko 100% skutecznością w usuwaniu z wody
ziaren krzemionki, a więc z dużym prawdopodobieństwem można powiedzieć – również
wirusów. Cząstki krzemionki posiadały, tak samo jak wirusy, podobne rozmiary 100-250nm
oraz podobny ujemny potencjał elektrokinetyczny.
W końcowej części rozprawy doktorantka umieściła podsumowanie i wnioski. Oba
rozdziały zostały jasno i dobrze sformułowane. Mając to na uwadze, stwierdzam, że
postawiony cel pracy został zrealizowany, a doktorantka udowodniła swój dobry warsztat
badawczy.
Słabsze strony pracy
Cześć teoretyczna pracy jest bogata w cytowania literaturowe. Druga część wręcz
przeciwnie. Trudno doszukać się tam cytowań i polemiki z danymi literaturowymi. Szkoda
ponieważ uzyskane przez doktorantkę rezultaty uważam za konkurencyjne w stosunku do
światowych i taka polemika mogłaby dodatkowo podnieść poziom rozprawy.
W pracy jest poruszany problem aglomeracji proszków tlenkowych. Aby go rozwiązać
zastosowano proces dezaglomeracji w młynach perełkowych przez okres 1, 5, 7, 10, 15
minut. Nie do końca jest jasne co autorka rozumie pod pojęciem aglomerat, gdyż zamiast
terminu dezaglomeracja używa często słowa mielenie, które zawsze wiąże się z redukcją
wielkości ziaren. Mielenie submikronowych proszków jest czasochłonne i wymaga zazwyczaj
wielu godzin. W przeciągu kilkunastu minut można jedynie wykonać proces dezaglomeracji.
Ta uwaga jest dyskusyjna i można byłoby ją uznać za marginalną gdyby doktorantka
poświęciła więcej uwagi przy opracowaniu skuteczniejszego procesu dezaglomeracji
proszków CuO i MgO. Prawdopodobnie, w przypadku mniej zaglomerowanych proszków
tlenku miedzi i tlenku magnezu, można byłoby uzyskać lepsze wyniki osadzania cząstek, niż
te przedstawione na rysunku IV. 42.
Przytoczone uwagi mają charakter dyskusyjny i mają zachęcić do polemiki naukowej.
Nie obniżają mojego pozytywnego wrażenia odniesionego po przeczytaniu rozprawy
doktorskiej mgr inż. Mileny Zalewskiej.
4
Podsumowanie
Po analizie rozprawy doktorskiej mgr inż. Mileny Zalewskiej pt. „Porowate tworzywa
kompozytowe w procesie usuwania cząstek imitujących wirusy z wody” stwierdzam, że spełnia
ona wymogi stawiane przez ustawę z dnia 14 marca 2003 roku o stopniach naukowych i
tytule naukowym (wraz z późniejszymi zmianami). W związku z tym wnoszę do Komisji
powołanej przez Radę Wydziału Chemicznego, Politechniki Warszawskiej o dopuszczenie
pani mgr inż. Mileny Zalewskiej do dalszych etapów przewodu doktorskiego. Wysoki poziom
naukowy, właściwa interpretacja uzyskanych wyników, szeroki zakres wykonanych prac oraz
dotychczasowe zdobyte doświadczenie doktorantki upoważniają mnie do wystąpienia z
wnioskiem o wyróżnienie tej rozprawy doktorskiej.
Z poważaniem
Dariusz Kata
5