Recenzja habilitacji prof.Aleksandra Ciszewskiego

Prof. dr hab. inż. Aleksander Ciszewski
Politechnika Poznańska, Wydział Technologii Chemicznej,
Instytut Chemii i Elektrochemii Technicznej, Zakład Elektrochemii Stosowanej
ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań
E-mail: [email protected]
RECENZJA DOROBKU NAUKOWEGO I DYDAKTYCZNEGO
PANA DR PIOTRA KRAWCZYKA W ZWIĄZKU Z POSTĘPOWANIEM O NADANIE
STOPNIA NAUKOWEGO DOKTORA HABILITOWANEGO
na podstawie cyklu prac na temat:
”Aktywacja oraz regeneracja elektrod z ekspandowanego grafitu stosowanych w procesie
elektrochemicznego utleniania fenolu”
Dla oceny osiągnięcia naukowego oraz aktywności naukowej Pana dr Piotra Krawczyka
otrzymałem: skierowany do Centralnej Komisji do Spraw Stopni i Tytułów Wniosek o
przeprowadzenie postępowania habilitacyjnego w dziedzinie Nauk Chemicznych w dyscyplinie
Technologia Chemiczna wraz z plikami elektronicznymi prezentującymi: odpis dyplomu doktorskiego,
autoreferat, opis działalności naukowej, wykaz opublikowanych prac naukowych, oświadczenia
współautorów publikacji, wykaz patentów i zgłoszeń patentowych, wykaz wystąpień konferencyjnych,
wykaz realizowanych grantów, informację dotyczącą osiągnięć dydaktycznych, oraz wykaz
otrzymanych nagród i wyróżnień.
Sylwetka habilitanta
Jak wynika z przedstawionej mi do oceny dokumentacji, Pan dr Piotr Krawczyk jest od 1994
r. zatrudniony w Zakładzie Elektrochemii Stosowanej Instytutu Chemii i Elektrochemii Technicznej
na Wydziale Technologii Chemicznej Politechniki Poznańskiej; w latach 1994 – 2001 na stanowisku
asystenta, w latach 2001 – 2013 na stanowisku adiunkta i od 2013 roku do chwili obecnej na
stanowisku wykładowcy.
W 1994 r. na podstawie pracy dyplomowej pt.: Badanie właściwości katalitycznych lantanowcowych
form zeolitów typu Y modyfikowanych fluorem (prof. dr hab. Stanisław Kowalak – promotor) uzyskał
na Wydziale Chemii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu stopień magistra, a stopień
naukowy doktora nauk chemicznych w zakresie technologii chemicznej w 2000 r. na podstawie
rozprawy doktorskiej pt.: Elektrochemiczne właściwości oraz modyfikacja wybranych materiałów
węglowych (prof. dr hab. Jan Skowroński – promotor) przeprowadzonej na Wydziale Technologii
Chemicznej Politechniki Poznańskiej.
1
Osiągniecia naukowe habilitanta
Pan dr Piotr Krawczyk ma znaczące osiągnięcia naukowe. Całkowity dorobek naukowy
obejmuje 28 artykułów naukowych, trzy przyznane patenty RP oraz cztery zgłoszenia patentowe.
Dwadzieścia dwa artykuły zostały opublikowane w czasopismach z listy Journal Citation Reports
(JCR), pięć w polskojęzycznym czasopiśmie Karbo oraz jeden artykuł w periodyku Chemia i
Inżynieria Ekologiczna.
Ocena pracy habilitacyjne
Na rozprawę habilitacyjną składa się 16 publikacji zaprezentowanych w dobrych i znanych
czasopismach o międzynarodowym obiegu, jeden patent RP oraz dwa zgłoszenia patentowe.
Publikacje habilitanta ukazały się w takich periodykach jak: Carbon (IF = 5,868), Electrochimica Acta
(IF = 3,777), Chemical Engineering Journal (IF = 3,461), Journal of Solid State Electrochemistry (IF
= 2,279), Journal of Applied Electrochemistry (IF = 1,496), Ionics (IF = 1,674) oraz w Przemyśle
Chemicznym (IF = 0,344).
Z szesnastu publikacji składających się na rozprawę dwie zostały przygotowane przez kandydata
samodzielnie
(Chemical
Engineering
DOI:10.1007/s11581-014-1154-8).
Journal
Pozostałe
14
172
(2011)
pozycji
to
1096
prace
oraz
Ionics
(2014)
przygotowane
ze
współpracownikami. Zdecydowana ich większość, bo aż 13 to prace dwuautorskie i jedna
przygotowana przez 3-osobowy zespół. Wspomniane 13 prac to publikacje ze współpracownikiem z
tytułem profesora zwyczajnego (śp. Jan M. Skowroński). Jednakże, jak wynika z załączonej
dokumentacji, wiodącą rolę w przygotowaniu tych wszystkich publikacji pełnił dr Piotr Krawczyk. W
przypadku 12 prac udział habilitanta jest oceniany na 50 – 70%. Tylko w przypadku jednej publikacji
udział autora jest oceniony na 40%.
Problematyka wszystkich 16 prac, a także jednego patentu i dwóch zgłoszeń patentowych,
składających się na rozprawę habilitacyjną, jest związana z szeroko rozumianą elektrochemią z
elementami inżynierii materiałowej oraz z wątkiem ochrony środowiska naturalnego w kontekście
elektrochemicznego procesu usuwania fenolu z odpadowych mediów technologicznych pochodzących
m.in. z przemysłu petrochemicznego, chemicznego, czy farmaceutycznego.
Rozprawa habilitacyjna dotyczy kilku wzajemnie zależnych od siebie zagadnień (m.in. kompozycji
elektrolitu, typu materiału elektrodowego, rodzaju techniki elektrochemicznej) decydujących o
efektywności elektrochemicznego procesu utleniania fenolu w środowisku wodnym.
We wstępie swego autoreferatu Habilitant wskazuje na poważne utrudnienia w realizacji tego zadania.
Akcentuje, że efektywne elektroutlenianie fenolu powinno prowadzić do utworzenia takich produktów
końcowych jak CO2 i H2O. Procesowi temu towarzyszy jednak powstawanie szeregu rozpuszczalnych
oraz nierozpuszczalnych produktów pośrednich. Powstawanie, w początkowej fazie procesu,
2
nierozpuszczalnych produktów pośrednich wiąże się z poważnym problemem tj. spadkiem aktywności
elektrochemicznej elektrody; powstająca na powierzchni elektrody, w wyniku procesów dimeryzacji,
pasywna warstwa oligomerowych produktów niepełnego utleniania fenolu powoduje blokowanie
aktywnych centrów elektrody. W konsekwencji notuje się drastyczny spadek efektywności procesu i
proces utleniania ulega gwałtownemu spowolnieniu. W skrajnych przypadkach dochodzi do
całkowitego przerwania procesu, a pokryty oligomerem materiał elektrodowy staje się bezużyteczny.
Kluczowym zadaniem, postawionym przez Habilitanta, było znalezienie odpowiedzi na pytanie „czy
w poczet aktywnych materiałów elektrodowych do procesu elektrochemicznego utleniania fenolu
można zaliczyć ekspandowany grafit”? Zasadność tego pytania jest oczywista w kontekście
właściwości takiego typu materiału węglowego (jest to produkt eksfoliacji interkalacyjngo związku
grafitu po celowych modyfikacjach: termicznych, chemicznych, fizycznych). Właściwości
ekspandowanego grafitu, będące efektem zastosowanych warunków jego otrzymywania oraz technik
modyfikujących, sprawiają że w tracie procesów elektrochemicznych może on pełnić funkcję nie tylko
materiału elektrodowego ale również sorbentu oraz katalizatora.
Rozprawa habilitacyjna obejmuje trzy wzajemnie zależne od siebie zagadnienia związane z
elektrochemicznym utlenianiem fenolu. Są nimi:
- aktywacja i modyfikacja materiału elektrodowego,
- regeneracja nieaktywnych elektrod pokrytych oligomerowymi produktami utleniania,
- poszukiwanie innych (nowych) zastosowań dla grafitu z oligomerowymi produktami utleniania.
Pierwsze z wymienionych zagadnień stanowi główny wątek rozprawy, który Habilitant
przedstawił w 10 publikacjach. Zgodnie z wykazem (autoreferat) są nimi:
[H1] J.M. Skowroński, P. Krawczyk „Electrooxidation of phenol at exfoliated graphite electrode in
alkaline solution” Journal of Solid State Electrochemistry 8 (2004) 442.
[H2] P. Krawczyk, J.M. Skowroński „Elektrochemiczna aktywacja ekspandowanego grafitu”
Przemysł Chemiczny 85 (2006) 1198.
[H4] J.M. Skowroński, P. Krawczyk „ Improved electrooxidation of phenol at exfoliated graphite
electrodes” Journal of Solid State Electrochemistry 11 (2007) 223.
[H7] P. Krawczyk, J.M. Skowroński „Wpływ warunków termicznej aktywacji ekspandowanego
grafitu na aktywność elektrochemiczną w procesie utleniania fenolu”
Przemysł Chemiczny 88/6 (2009) 668
[H8] P. Krawczyk, J.M. Skowroński „Modification of expanded graphite resulting in enhancement of
electrochemical activity in the process of phenol oxidation”
Journal of Applied Electrochemistry 40 (2010) 91.
[H9] P. Krawczyk, J.M.Skowroński „Modification of expanded graphite electrodes by ozone
treatment” Acta Physica Polonica A 118 (2010) 465.
[H10] P. Krawczyk “Effect of ozone treatment on properties of expanded graphite”
Chemical Engineering Journal 172 (2011) 1096.
3
[H13] P. Krawczyk, J.M. Skowroński “Chemiczno-termiczna obróbka ekspandowanego grafitu jako
metoda jego aktywacji i regeneracji” Przemysł Chemiczny 92/01 (2013) 86.
[H14] P. Krawczyk „Properties of an GE/Fe/C composite modified by ozone treatment”
Carbon 65 (2013) 374.
[H16] P. Krawczyk, T. Rozmanowska „Preparation and electrochemical properties of EG/Fe2O3/C
composite” Ionics 2014, DOI:10.1007/s11581-014-1154-8.
Po zapoznaniu się z załączonym zestawem powyższych publikacji chciałbym zwrócić uwagę na ich
wysoką jakość zarówno merytoryczną jak i edytorską świadczącą o dojrzałości naukowej Pana dr
Piotra Krawczyka. Głównym celem badań, w tym wątku było, takie przygotowanie elektrod z
ekspandowanego grafitu, które gwarantowałoby z jednej strony dużą aktywność elektrochemiczną
układu w elektrochemicznym utlenianiu fenolu, z drugiej zaś zapewniało odporność elektrod na
możliwą dezaktywację nierozpuszczalnymi produktami procesu utleniania.
Habilitant stosował dosyć proste, ale skuteczne metody preparatywne modyfikujące ekspandowany
grafit; należy podkreślić oryginalność i bardzo wysoki poziom tych prac. Wśród przedstawionych
metod znajdują się procedury elektrochemicznej aktywacji ekspandowanego grafitu, aktywacji
termicznej, ozonowej aktywacji, aktywacji przez wtórną eksfoliację, aktywacji chemiczno-termicznej,
aktywacji przez wytworzenie kompozytu - ekspandowany grafit/Fe/węgiel oraz aktywacji przez
modyfikację składu elektrolitu. Wytworzone tymi technikami modyfikatory wykazywały zwiększoną,
w różnym stopniu, aktywność elektrochemiczną w reakcji elektrochemicznego utleniania fenolu.
Mocną stroną tych prac jest szczegółowa charakteryzacja wytworzonych materiałów przy
zastosowaniu komplementarnych metod badawczych. Habilitant nie ograniczył się tylko do metod
elektrochemicznych, ale systematycznie prowadził badania powierzchni właściwej preparatów metodą
BET, korzystał także z metod FTIR, XPS i EDS. Szkoda, że przy identyfikacji postaci chemicznej
węgla Habilitant ograniczył się do metody XPS; wiadomo że sygnały w tej technice mają
skomplikowany kształt, a ich rozkład może być dość arbitralny. Uważam, że zastosowanie
spektroskopii Ramana mogłoby wzbogacić zebrane dane ponieważ technika ta dostarcza, w przypadku
materiałów węglowych, bardzo cennych informacji, szczególnie gdy widma rejestruje się stosując
linie wzbudzające o różnej energii.
Drugim wątkiem ocenianej rozprawy habilitacyjnej, integralnie związanym z tematyką
wskazaną powyżej, są zagadnienia poświęcone regeneracji nieaktywnych elektrod z ekspandowanego
grafitu pokrytych oligomerowymi produktami utleniania fenolu. Zagadnienia te przedstawiono w
kolejnych 6 pracach, a są nimi:
[H1] J.M. Skowroński, P. Krawczyk „Electrooxidation of phenol at exfoliated graphite electrode in
alkaline solution” Journal of Solid State Electrochemistry 8 (2004) 442.
4
[H6] J.M. Skowroński, P. Krawczyk „Enhanced electrochemical activity of regenerated expanded
graphite electrode after exhaustion in the process of phenol oxidation” Chemical Engineering Journal
152 (2009) 464.
[H11] P. Krawczyk, J.M. Skowroński ”Electrochemical reactivation of expanded graphite electrodes
covered by oligomeric products of phenol electrooxidation” Electrochimica Acta 79 (2012) 202.
[H15] P. Krawczyk, J.M. Skowroński “Multiple anodic regeneration of exfoliated graphite electrodes
spent in the process of phenol electrooxidation” Journal of Solid State Electrochemistry 19 (2014) 917
[H17] J.M. Skowroński, P. Krawczyk „Sposób elektrochemicznej regeneracji elektrod węglowych po
elektrochemicznym utlenianiu fenolu” Patent RP Nr 215732.
[H18] P. Krawczyk, J.M. Skowroński, T. Rozmanowski „Sposób wielokrotnej regeneracji elektrod
węglowych po elektrochemicznym utlenianiu fenolu” Zgłoszenie patentowe Nr P.402493.
[H19] P. Krawczyk, J.M. Skowroński, T. Rozmanowski „Sposób anodowej regeneracji elektrod
węglowych prowadzonej w trakcie elektrochemicznego utleniania fenolu” Zgłoszenie patentowe Nr
P.402866.
Wskazane powyżej prace poświęcone zostały poszukiwaniom skutecznych metod regeneracji elektrod
z ekspandowanego grafitu, które po ich wykorzystaniu w procesie elektrochemicznego utleniania
fenolu nie spełniają wymogów stawianym aktywnym materiałom elektrodowym. Habilitant podjął się
ambitnego i zarazem bardzo trudnego zadania bardzo rzadko goszczącego na łamach czasopism
chemicznych. Złożoność problemu polega z jednej strony na konieczności dokonania właściwego
wyboru kryterium pozwalającego ocenić efektywność procesu regeneracji i z drugiej strony na
znalezieniu odpowiednich procedur preparatywnych prowadzących do zamierzonego celu. Wybór
kryterium decyzyjnego w tej kwestii, dokonany przez Habilitanta, jest logiczny i gwarantuje uzyskanie
prostej odpowiedzi; Habilitant porównuje aktywność elektrochemiczną (ładunki prądowe) próbek
wyjściowych (elektrod z ekspandowanego grafitu) w procesie elektrochemicznego utleniania fenolu z
ich aktywnością po dezaktywacji i następującej po niej regeneracji. Dodatkowym kryterium była także
ocena ubytku masy regenerowanych elektrod. Jako procedury regenerujące nieaktywne elektrody z
ekspandowanego grafitu wybrana została metoda termiczna oraz trzy procedury elektrochemiczne:
technika katodowa, anodowa oraz anodowa w warunkach in-situ. Wszystkie z zastosowanych metod
regeneracji wykazują znaczną, chociaż różną, efektywność. Można stwierdzić, że dr Krawczyk
rozwiązał bardzo trudne zadanie, co świadczy o jego pełnej znajomości zagadnienia, konsekwencji w
dążeniu do celu oraz szczególnej dociekliwości. Za znaczące osiągnięcie w tym wątku tematycznym
uznaję elektrochemiczną technikę anodowej regeneracji ekspandowanego grafitu w warunkach in-situ.
Regeneracja
w tym wariancie
polega
na
prowadzeniu
procesu
utleniania
fenolu
oraz
elektrochemicznej regeneracji elektrody w ramach jednego procesu elektrochemicznego. Jest to
możliwe dzięki właściwemu doborowi elektrolitu podstawowego oraz warunków prowadzenia
procesu. W optymalnych warunkach dochodzi do równoczesnego utleniania fenolu i rozkładu wody,
tzn. wydzielanie tlenu i generowanie aktywnych rodników hydroksylowych, które wchodząc w reakcję
5
z powierzchnią regenerowanego grafitu modyfikują jego powierzchnię, wzbogacając ją w aktywne
centra aktywne. W tym wariancie regeneracji wyeliminowany został niekorzystny efekt gwałtownego
spadku aktywności elektrochemicznej elektrody na skutek blokowania powierzchni elektrod przez
oligomerowe produkty niepełnego utleniania fenolu.
Ostatnim wątkiem tematycznym w cyklu przedstawionych badań było znalezienie
zastosowania
dla
nieaktywnego
elektrochemicznie
ekspandowanego
grafitu
pokrytego
oligomerowymi produktami niepełnego utleniania fenolu. Zagadnienie to zostało przedstawione w
jednej publikacji: [H5] P. Krawczyk, A. Ślosarczyk „Ekspandowany grafit po elektrochemicznym
utlenianiu fenolu jako dodatek do zapraw cementowych” Przemysł Chemiczny 88/7 (2009)829.
Praca ta wskazuje na możliwość inną niż prosta utylizacja nieprzydatnych materiałów węglowych
(spalanie), która z reguły prowadzi do nieuniknionego skażenia środowiska naturalnego, tj.
dokumentuje wytwarzanie z ich udziałem przydatnych kompozytów. Habilitant zwraca uwagę na
korzystną zmianę niektórych charakterystyk mechanicznych zapraw cementowych wzbogaconych
niewielkim
dodatkiem
ekspandowanego
grafitu
pokrytego
oligomerem
produktów
elektrochemicznego utleniania fenolu. Chociaż pomysł wykorzystywania odpadów przemysłowych w
formie kompozytu z matrycami cementowymi nie jest generalnie nowatorski (istnieją opracowania
dokumentujące np. przydatność odpadów pogalwanicznych jako dodatków do zapraw cementowych
lub nawierzchni asfaltowych) to jednak w tym przypadku element nowości naukowej istnieje i
Habilitant go dostrzegł i wyeksponował. Zwrócił mianowicie uwagę na różnicę pomiędzy
właściwościami kompozytu cementowego z grafitem a kompozytem z grafitem pokrytym
oligomerowymi produktami utleniania fenolu. Jak wynika z cytowanej pracy obecność „organiki” w
badanym kompozycie decyduje o istotnych parametrach mechanicznych produktu, takich jak
sprężystość czy wytrzymałość na ściskanie; szkoda, że we fragmencie autoreferatu opisującym te
badania znalazł się błąd (chyba edytorski) – „ Po dodaniu opisywanego kompozytu do zapraw
cementowych poprawie ulega ich sprężystość, wyrażona wzrostem odporności na ugięcia oraz
wytrzymałość na ściskanie, Natomiast wyraźnemu pogorszeniu ulega wytrzymałość na ściskanie”.
Udokumentowany dorobek naukowy Habilitanta jest obszerny i budzi moje uznanie.
Przedstawione dane bibliometryczne wskazujące na pracowitość i zawodową efektywność Pana dr
wzmacnia bardzo mocno fakt publikowania zdecydowanej większości prac w wydawnictwach o
zasięgu międzynarodowym i o dużej poczytności wśród specjalistów Chronologia prezentowanych
prac pozwala dostrzec wyraźny postęp w dążeniu do założonych celów. Prezentowane zestawienie
osiągnięć pozwala stwierdzić, że są to osiągnięcia znaczące, zawierające szereg elementów nowości i
stanowią istotny wkład do nauki światowej. W swoich pracach Habilitant wykazał się dużą inwencją
zarówno w planowaniu eksperymentów, doborze materiałów wyjściowych i sposobami ich
modyfikacji, a także w doborze technik badawczych.
6
Ocena pozostałego dorobku naukowego
Po doktoracie, oprócz publikacji i patentów/zgłoszeń patentowych objętych habilitacją, dr
Piotr Krawczyk opublikował jeszcze 12 prac oraz uzyskał 2 patenty i przedstawił 2 zgłoszenia
patentowe. Połowa z tych prac została opublikowana w czasopismach z listy Journal Citation Reports
(JCR): Electrochimica Acta, Energy Conversion and Management, Journal of Nanoscience and
Nanotechnology, Solid State Ionics, Journal of Power Sources, Applied Surface Science, a z
pozostałych sześciu: 5 w polskojęzycznym czasopiśmie Karbo oraz jeden artykuł w periodyku Chemia
i Inżynieria Ekologiczna.
Aktywność naukowa dr Krawczyka poza pracami habilitacyjnymi obejmuje kilka wątków naukowych
z obszaru inżynierii i technologii elektrochemicznej. Są to zagadnienia związane z pracą materiałów
elektrodowych w różnego rodzaju chemicznych źródłach prądu, zagadnienia opisujące proces
odwracalnej
sorpcji/desorpcji
wodoru,
przeprowadzanych
na
elektrodach
utworzonych
z
interkalacyjnych związków grafitu zawierających w swoich strukturach związki metali przejściowych,
oraz zagadnienia opisujące elektrochemiczną eksfoliację interkalacyjnego związku grafitu z chlorkiem
niklu. Prace prezentujące te zagadnienia znalazły się w poczytnych periodykach naukowych o IF z
zakresu 1,563 – 4,951.
Działalność dydaktyczna, organizacyjna i inna
Pan dr Piotr Krawczyk, będąc adiunktem naukowo-dydaktycznym i obecnie wykładowcą
prowadził i prowadzi szereg zajęć dla szerokiej grupy studentów Wydziału Technologii Chemicznej
Politechniki Poznańskiej, tak w systemie studiów stacjonarnych jak i niestacjonarnych. Są to: wykłady
z gospodarki wodno-ściekowej, gospodarki odpadami, recyklingu materiałów w elektrochemii,
wykład z podstaw technologii elektrochemicznej a także
ćwiczenia laboratoryjne, projekty i
seminaria. Ponadto jest promotorem 27 prac dyplomowych magisterskich oraz 7 prac dyplomowych
inżynierskich studentów Wydziału Technologii Chemicznej Politechniki Poznańskiej. Jest członkiem
kilku zespołów eksperckich, był recenzentem kilu publikacji które ukazały się w czasopismach o
zasięgu międzynarodowym, brał udział w kilkunastu międzynarodowych konferencjach naukowych,
kierował jednym grantem i w czterech był głównym wykonawcą. W latach 2010 i 2011 uzyskał
nagrody J.M. Rektora Politechniki Poznańskiej za osiągnięcia w nauce.
7