Laboratorium Magnetycznego Rezonansu Jądrowego

W zespole chemii zeolitów i katalizy badamy różnorodne układy, poczynając od zeolitów i mezoporowatych sitach molekularnych do mieszanych katalizatorów tlenkowych. Nasze główne zainteresowania badawcze dotyczą syntetycznych sit molekularnych, przede wszystkim krystalicznych glinokrzemianów (zeolitów) i materiałów pokrewnych (np. sit mezoporowatych typu MCM, SBA itp.). Syntetyzujemy, modyfikujemy i charakteryzujemy zeolity i materiały zbliżone, mieszane katalizatory tlenkowe oraz materiały hybrydowe, stosując spektroskopie: IR, Ramana i NMR oraz inne metody. Badane reakcje obejmują m.in.: izomeryzację, dysproporcjonowanie i transalkilowanie węglowodorów aromatycznych, transformacje węglowodorów terpenowych, utleniające odwodornianie niższych alkanów, selektywną katalityczną redukcję (SKR) tlenku azotu w obecności metanu i nadmiaru tlenu, selektywne utlenianie różnych cząsteczek w fazie ciekłej.

GŁÓWNE KIERUNKI BADAŃ

• Synteza i właściwości sit molekularnych
• Modyfikacja zeolitów za pomocą jonów, metali, tlenków i heteropolikwasów
• Zeolity: wymiana jonowa w ciele stałym
• Dealuminiowanie i realuminiowanie zeolitów
• Synteza i właściwości mieszanych katalizatorów tlenkowych
• Procesy katalityczne przebiegające na zeolitach, materiałach mezoporowatych i mieszanych tlenkach

STOSOWANE METODY

• Syntezy zeolitów, MCM, SBA i mieszanych katalizatorów tlenkowych
• XRD, metody sorpcyjne, FT IR, FT Raman, derywatografia, mikroskopia
• Spektroskopia NMR we współpracy z Instytutem Fizyki Jądrowej w Krakowie i Uniwersytetem w Sztuttgarcie
• Testy katalityczne w układach: ciągłym, impulsowym i okresowym

GŁÓWNE OSIĄGNIĘCIA

• Dealuminiowanie i realuminiowanie fojazytu, ZSM-5, Silikalitu-I, ferierytu i innych zeolitów
• Właściwości katalityczne realuminiowanego fojazytu
• Opracowanie metod dealuminiowania ferierytu
• Synteza zeolitów typu MFI podstawionych izomorficznie B i Al w sieci krystalicznej
• Synteza i charakterystyka galowej formy ferierytu [Si,Ga]-FER
• Selektywna transformacja metanolu do heksametylobenzenu
• Badania NMR i katalityczne Ga₂0₃ i zeolitów zawierających gal
• Wymiana jonowa w ciele stałym w warunkach bezwodnych
• Określenie wymiaru fraktalowego dealuminiowanych i realuminiowanych fojazytów
• Enkapsulowanie kwasu 12-wolframofosforowego w fojazycie
• Synteza, charakterystyka i właściwości katalityczne materiałów hybrydowych typu heteropolikwas/fojazytu lub SBA-15
• Synteza, charakterystyka i właściwości katalityczne układów VOx/Ga₂O₃ i VOx/In₂O₃
• Synteza wysokoaktywnych i selektywnych katalizatorów ferierytowych do procesu de-NOx w obecności metanu i nadmiaru tlenu
• Badania katalizatorów wanadowych metodami in situ oraz ex situ
• Izomeryzacja alfa-pinenu na katalizatorach zeolitowych
• Transformacje węglowodorów aromatycznych i terpenowych na zeolitach

Jednostka Keggina enkapsulowana w zeolicie Y

Proces de-NO_x na katalizatorze In/Co-FER

Głównym obszarem aktywności naukowej zespołu są badania nad syntezą oraz zastosowaniem (kataliza, adsorpcja) porowatych ciał stałych, w tym głównie sit molekularnych (zeolitów), materiałów mezoporowatych na bazie tlenków krzemu oraz glinu, a także nowych nanomateriałów o multimodalnej (mikro/mezo/makro) strukturze porowatej. Celem prac podjętych nad preparatyką koloidalnych zawiesin nanokryształów zeolitów i układów protozeolitycznych jest ich wykorzystanie do otrzymywania nowych makrostruktur o hierarchicznej strukturze porowatej. Synteza membran zeolitowych (typu MFI, BEA) jest innym obszarem działalności naukowej zespołu. W modelowaniu własności katalitycznych w/w materiałów szeroko wykorzystujemy izomorficzne podstawienie atomów krzemu przez atomy innych metali (m.in. Al, Fe, Ga, B, Fe). Poszukujemy korelacji pomiędzy składem chemicznym, teksturą kryształów zeolitów i materiałów zeolitopodobnych oraz mikroziaren preparatów mezoporowatych a aktywnością i stabilnością obecnych w ich strukturze centrów aktywnych.

GŁÓWNE TEMATY BADAWCZE:

• preparatyka nowych nanomateriałów o multimodalnej (mikro/mezo/makro) strukturze porowatej,
• synteza zawiesin koloidalnych nanokryształów zeolitów oraz układów protozeolitycznych i ich wykorzystanie w preparatyce nowych makrostruktur o hierarchicznej strukturze porów
• synteza krystalicznych materiałów mikroporowatych (zeolitów) oraz materiałów mezoporowatych na bazie tlenków krzemu i/lub glinu,
• preparatyka membran zeolitowych i ich wykorzystanie w separacji mieszanin,
• wykorzystanie podstawienia izomorficznego atomami różnych metali, jako metody modelowania właściwości kwasowych/redoksowych sit molekularnych
• posyntezowa modyfikacja materiałów mikro- i mezoporowatych na drodze ich obróbki termicznej, hydrotermicznej oraz chemicznej,
• zastosowanie spektroskopii w podczerwieni (FTIR) w badaniach in-situ (badania kinetyki sorpcji, produktów pośrednich chemicznej transformacji cząsteczek reagentów, badanie mechanizmu reakcji katalitycznej, monitorowanie zmian własności kwasowo-zasadowych oraz typu redox),

GŁÓWNE OSIĄGNIĘCIA ZESPOŁU:

• synteza kryształów zeolitów typu MFI zawierających puste mezo- i makroprzestrzenie i ich wykorzystanie jako nośników do osadzenia zdyspergowanej fazy metalicznej,
• preparatyka materiałów kompozytowych zawierających zeolity FAU, BEA oraz MFI, na drodze częściowej rekrystalizacji amorficznych układów typu SBA-15, porowate monolity, standardowe glinokrzemiany,
• synteza nanokryształów oraz układów protozeolitycznych (typu MFI, BEA) i ich wykorzystanie w preparatyce nowych materiałów o hierarchicznej strukturze porów,
• synteza, charakterystyka oraz wykorzystanie w procesach katalitycznych zeolitów z grupy TON podstawionych izomorficznie Al, Ga, Fe oraz B,
• synteza zeolitów typu BEA podstawionych izomorficznie dwoma metalami (B, Al),
• synteza termicznie stabilnego mezoporowatego tlenku glinu oraz materiałów mezoporowatych na bazie mezo-Al2O3,
• określenie wpływu struktury cząsteczki templatu, wielkości i morfologii kryształów zeolitów Al-TON na stabilność termiczną sieciowych atomów glinu,
• wyjaśnienie roli procesów uruchamiania/unieruchamiania cząsteczek sorbatu w trakcie niskotemperaturowej, chemicznej przemiany p-etylotoluenu w zeolicie typu MFI,
• wyjaśnienie roli niewielkiego dodatku olefin i alkoholi w procesie całkowitej transformacji alkoholu metylowego wobec zeolitu typu MFI o zredukowanych własnościach kwasowych.

Zdjęcie TEM (A) oraz analiza STEM i EDX (B) małych (2-4 nm) cząstek metalu (Pd) wewnątrz mezo-/makroprzestrzeni wygenerowanych w kryształach zeolitu typu MFI