recenzja3

Rzeszów, 27 listopada, 2012 r.
OPINIA
o całokształcie dorobku naukowego dr inż. Marii MADEJLACHOWSKIEJ ze szczególnym uwzględnieniem rozprawy habilitacyjnej
pt. „Reforming metanolu parą wodną – termodynamika, kataliza
i kinetyka procesu” w związku z postępowaniem o nadanie stopnia
doktora habilitowanego nauk technicznych w dyscyplinie inżynieria
chemiczna.
Pani dr inż. Maria MADEJ-LACHOWSKA studiowała na Wydziale
Technologii i Inżynierii Chemicznej Politechniki Śląskiej w Gliwicach (1972 –
1977). Uzyskała dyplom magistra inżyniera chemika o specjalności inżynieria
chemiczna. Po ukończeniu studiów w 1977 roku podjęła pracę w Zakładzie
Inżynierii Chemicznej i Konstrukcji Aparatury Polskiej Akademii Nauk
(obecnie Instytut Inżynierii Chemicznej PAN) w Gliwicach, gdzie pracuje do
chwili obecnej. Pracę doktorską pt. „Kinetyka syntezy metanolu na katalizatorze
CuO/ZnO/Al2O3” wykonała pod kierunkiem prof. dr hab. inż. Jerzego Skrzypka
i obroniła w 1987 roku na Wydziale Chemicznym Politechniki Śląskiej w
Gliwicach (recenzenci: prof. dr hab. inż. Józef Szarawara oraz prof. dr hab. inż.
Andrzej Gawdzik).
Najważniejszym osiągnięciem naukowym Habilitantki jest opracowanie
katalizatora do procesu reformingu metanolu parą wodną, którego celem jest
2
wytwarzanie wodoru. Otrzymywany w tym procesie wodór może być
wykorzystany do zasilania ogniw paliwowych. Katalizatory stosowane w
procesie reformingu metanolu parą wodną powinny charakteryzować się wysoką
aktywnością katalityczną oraz selektywnością.
Proces reformingu metanolu parą wodną jest procesem katalitycznym,
przebiegającym pod ciśnieniem atmosferycznym, w zakresie temperatury 453 –
573 K w trakcie, którego z mieszaniny parowej metanolu i wody powstaje
wodór i ditlenek węgla. Oprócz reakcji głównej w układzie zachodzi następcza
reakcja uboczna w wyniku, której ditlenek węgla reaguje z wodorem dając
tlenek węgla i wodę. Reakcja uboczna jest reakcją niepożądaną, gdyż
powstający tlenek węgla jest silną truciznę dla stosowanego w ogniwie
paliwowym
z
protonowymienną
membraną
polimerową
katalizatora
platynowego.
Wyniki badań związane z osiągnięciem naukowym Pani dr inż. Marii
MADEJ-LACHOWSKIEJ
pt.
„Reforming
metanolu
parą
wodną
–
termodynamika, kataliza i kinetyka procesu” zawarte są w monografii
habilitacyjnej:
M. Madej-Lachowska, Reforming metanolu parą wodną – termodynamika,
kataliza i kinetyka procesu, ARGI Wrocław, 1-67, 2012,
oraz czterech samodzielnych publikacjach:
1. M. Lachowska, Termodynamika procesu reformingu metanolu parą
wodną, Inż.Chem.Proc., 25, 231-38, 2004,
2. M. Lachowska, Reforming metanolu parą wodną na katalizatorze
miedziowo-cynkowo-cyrkonowym modyfikowanym Ga, Mn oraz Mg,
Inż.Chem.Proc., 25, 1243-47, 2004,
3. M. Lachowska, Au-, Ag- and Pd- promoted catalysts in steam reforming
of methanol, Chem. Process Eng., 28, 803-07, 2007,
3
4. M. Lachowska, Steam reforming of methanol over Cu/Zn/Zr/Ga catalyst –
effect of the reduction conditions on the catalytic performance, Reac.
Kinet.Mech.Cat., 101, 85-91, 2010.
Wykorzystując model termodynamiczny procesu, który uwzględnia dwie
opisane wyżej reakcje, przeanalizowano wpływ ciśnienia, temperatury oraz
składu mieszaniny reakcyjnej na równowagowe głębokości przereagowania oraz
równowagowe udziały zawartości wodoru i tlenku węgla. W wyniku
przeprowadzonej analizy ustalono, że proces reformingu metanolu parą wodną
powinien być prowadzony pod ciśnieniem atmosferycznym, w temperaturze
nieprzekraczającej 480 K i z surowcem o składzie zbliżonym do
stechiometrycznego.
Znalezienie optymalnego katalizatora do tego procesu polegało na
przeprowadzeniu modyfikacji trójskładnikowego katalizatora Cu/ZnO/ZrO2
jednym lub kilkoma promotorami. Opracowano 16 katalizatorów miedziowocynkowocyrkonowych z dodatkiem promotorów: Ga, Ag, Au, Cr, Ce, Mg, La,
Mn oraz Pd. Najlepszymi z przebadanych okazały się katalizatory zawierające
jako promotory: chrom, cer, gal oraz lantan. Ze względu na bardzo niewielkie
różnice w aktywności tych katalizatorów, trudno było o wytypowanie jednego,
najlepszego z nich.
Katalizatory
typu
miedziowego
uzyskują
właściwą
aktywność
katalityczną po przeprowadzeniu redukcji. Przeprowadzone badania dla
wybranego
katalizatora
(Cu/ZnO/ZrO2/Ga2O3)
wykazały,
że
najlepszą
selektywność i aktywność katalityczną uzyskuje się, gdy proces redukcji
prowadzony jest przy wykorzystaniu, jako czynnika redukującego, mieszaniny
metanolu i wody.
Dla
katalizatora
bazowego
CuZnoZrO2
przeprowadzono
badania
kinetyczne. W oparciu o uzyskane wyniki tych badań opracowano równanie
kinetyczne uwzględniające wpływ stężenia reagentów oraz temperatury na
szybkość przebiegu reakcji głównej.
4
W monografii habilitacyjnej oraz w publikacji [1], cytowanych powyżej
znaleziono błędy:
1. Dla reakcji ubocznej (1.2) zdefiniowano stopień przemiany w oparciu o
zmianę liczy moli produktu reakcji – wzór (4.2). Taka definicja jest
nieprawidłowa z punktu widzenia formalnego. Stopnie przemiany
definiuje się w oparciu o zmianę liczby moli substratów. Poza tym zmianę
liczby moli CO odniesiono do początkowej liczby moli metanolu – co jest
niedopuszczalne.
Po dokładnej analizie tych publikacji uważam, że zastosowane definicje
głębokości przereagowania (wzory (4.1) i (4.2)) powinny być nazwane –
bezwymiarowe liczby postępu reakcji, przy czy w mianowniku oby wyrażeń
powinny być współczynniki stechiometryczne metanolu (4.1) i CO (4.2) np.
(1)
W przypadku obu reagentów Me i CO te współczynniki wynoszą -1 i +1, a
stosując wzór (4.1) wartości α1 powinny być ujemne. Policzone wartości przez
Habilitantkę są jednak dodatnie, takie jak ze wzoru (1). Mimo błędów
formalnych w monografii i publikacji [1], zawarte w rozdz. 4 i pub. [1] wyniki
są poprawne, a wyciągnięte wnioski końcowe prawidłowe.
2. Część
wzorów
poszczególnych
opisujących
składników
równowagowe
mieszaniny
ułamki
reakcyjnej
molowe
jest
napisane
niepoprawnie ((4.3) i (4.8) - poprawnie, natomiast (4.4), (4.5), (4.6) oraz
(4.7) – niepoprawnie).
Wymienione wyżej wzory powinny mieć postać
(2)
Po rozmowie telefonicznej z Habilitantką doszedłem do wniosku, że zauważone
błędy można potraktować, jako błędy edytorskie, gdyż wykonane obliczenia
według błędnych wzorów nie dałyby
.
5
Cała działalność naukowa Habilitantki związana jest z procesami
reaktorowymi.
Najpierw w ramach pracy doktorskiej zajmowała się kinetyką syntezy metanolu
na katalizatorze CuO/ZnO/Al2O3. Dla tego procesu przeprowadziła analizę
termodynamiczną, ustaliła mechanizm zachodzących reakcji oraz opracowała
kinetykę niskociśnieniowej syntezy metanolu.
W następnym etapie prowadziła badania nad zastąpieniem poprzedniego
katalizatora przez CuO/ZnO/ZrO2 oraz jego modyfikacją do syntezy metanolu z
ditlenku węgla i wodoru. Dodatek promotorów poprawił zdecydowanie
aktywność katalizatora bazowego, a trzy z opracowanych katalizatorów dawały
dwukrotnie wyższe wydajności metanolu w temperaturze około 480 K. Były to
katalizatory modyfikowane galem i chromem, cerem oraz cerem i chromem.
Badania te prowadzone były we współpracy z Instytutem Katalizy i
Fizykochemii Powierzchni PAN w Krakowie.
W latach 1992 -2001 uczestniczyła w badaniach dotyczących katalitycznego
uwodornienia tlenku węgla do metanolu i wyższych alkoholi alifatycznych. W
ramach tych prac opracowano grupę selektywnych katalizatorów do tego
procesu na drodze modyfikacji katalizatorów do niskociśnieniowej syntezy
metanolu.
Brała udział w badaniach kinetyczny nad procesami estryfikacji kwasów
karboksylowych różnymi alkoholami alifatycznymi. Estry są substancjami
chemicznymi o dużym znaczeniu przemysłowym i produkowane są na dość
dużą skalę. Opracowane równania kinetyczne mogą być wykorzystywane do
projektowania i sterowania instalacji przemysłowych.
Habilitantka posiada bogaty dorobek naukowy. Jest autorką 1 monografii
i 6 publikacji naukowych, poza tym jest współautorką 34 publikacji, 2
rozdziałów w monografiach, 31 wystąpień na konferencjach międzynarodowych
i 9 na konferencjach krajowych. Jest współautorką jednego wdrożenia.
6
Uczestniczyła w realizacji 9 projektów badawczych: 2 jako kierownik, 4 jako
główny wykonawca i 3 jako wykonawca.
Większość publikacji, których jest autorem lub współautorem ukazała się w
czasopismach z listy filadelfijskiej, a ich sumaryczny impact factor wynosi
19,742. Suma cytowań jej publikacji według JCR wynosi 178 a indeks Hirscha
jest równy 8 (WoS).
Podsumowując mogę stwierdzić, że Pani dr inż. Maria MADEJLACHOWSKA, wniosła istotny wkład w opracowanie nowych katalizatorów
stosowanych w procesach: syntezy metanolu z ditlenku węgla i wodoru, syntezy
metanolu i wyższych alkoholi z tlenku węgla i wodoru oraz reformingu
metanolu parą wodną oraz ich gruntowne przebadanie.
Uważam, że oceniany dorobek naukowy oraz rozprawa habilitacyjna
odpowiadają w pełni warunkom stawianym w Ustawie o Stopniach
Naukowych i Tytule Naukowym z dnia 14 marca 2003 roku i wnoszę o
nadanie Pani dr inż. Marii MADEJ-LACHOWSKIEJ stopnia naukowego
doktora habilitowanego nauk technicznych w dyscyplinie inżynieria
chemiczna.