Zespół Zasobów Naturalnych i Materiałów Funkcjonalnych dla Zrównoważonego Środowiska

Zespół Zasobów Naturalnych i Materiałów Funkcjonalnych (ZEN-F) dla Zrównoważonego Środowiska prowadzi zaawansowane badania z obszaru inżynierii chemicznej, materiałowej oraz inżynierii środowiska, koncentrując się na projektowaniu oraz charakterystyce materiałów funkcjonalnych dedykowanych zrównoważonemu rozwojowi i poprawie jakości środowiska naturalnego. Obszary badawcze zespołu obejmują interdyscyplinarne zagadnienia z pogranicza mineralogii stosowanej, chemii materiałów i technologii inżynierskich. Jednym z filarów działalności zespołu jest analiza i ocena surowców mineralnych zarówno pochodzenia naturalnego (m.in. gliny, wapienie czy iły), jak i syntetycznego (materiały odpadowe w tym przekształcone termicznie, fosfogipsy czy stłuczka szklana). Prace te obejmują szczegółowe badania składu chemicznego, fazowego oraz właściwości fizykochemicznych tych materiałów w kontekście ich przydatności jako substratów do syntezy materiałów nowej generacji. Zespół posiada bogate doświadczenie w projektowaniu materiałów zarówno o strukturze amorficznej, amorficzno-krystalicznej, jak i krystalicznej, ze szczególnym uwzględnieniem ich aplikacji w systemach przyjaznych środowisku. Do najlepszych przykładów takich rozwiązań należą m.in.: • Szkliste nawozy mineralne, opracowywane jako innowacyjna forma bezpiecznego i kontrolowanego źródła składników pokarmowych dla roślin. Materiały te zawierają łatwo dostępne dla roślin makro- i mikroelementy, takie jak P, K, Mg, Ca, B, Zn, Fe, Co, S, a ich amorficzna struktura zapewnia selektywną rozpuszczalność indukowaną przez wydzieliny ryzosfery. Efekty prac zespołu zostały ugruntowane licznymi publikacjami naukowymi oraz patentem, potwierdzającymi oryginalność proponowanych rozwiązań technologicznych. • Ceramiczne proppanty dla zastosowań w geoinżynierii, w szczególności jako elementy zawiesin szczelinujących w procesach eksploatacji gazu łupkowego. Opracowany sposób wytwarzania oraz linia technologiczna dla tych materiałów zostały objęte krajowym i europejskim zgłoszeniem patentowym. Kluczowym aspektem opracowanego rozwiązania jest uzyskanie granulatów o wysokiej kulistości, otwartej porowatości i zoptymalizowanej mikrostrukturze, co zapewnia im pożądane właściwości mechaniczne i przepuszczalność dla medium roboczego. W badaniach prowadzonych przez zespół wykorzystywany jest kompleksowy zestaw nowoczesnych technik analitycznych, pozwalających na pełną charakterystykę materiałów i mechanizmów ich oddziaływań: • XRD – do identyfikacji faz krystalicznych oraz określenia ilościowego ich udziału z uwzględnieniem fazy amorficznej (metoda Rietvielda, metoda wzorca wewnętrznego), a także precyzyjnego określenia składu fazowego minerałów i surowców ilastych (metoda orientowanych krystalitów); • XRF – do ilościowego określania składu pierwiastkowego, w tym dla pierwiastków śladowych i metali ciężkich; • DSC, DTA, TG – do oceny reaktywności termicznej, stabilności materiałów i badania procesów przemian fazowych; • DMA, DIL, LFA – dla określania właściwości mechanicznych i cieplnych, takich jak moduł sprężystości, współczynnik rozszerzalności cieplnej czy przewodność cieplna; • XAS/XANES – wykorzystywane w badaniach walencyjnych i lokalnego otoczenia atomów pierwiastków aktywnych, szczególnie w kontekście mobilności składników nawozowych lub katalitycznych; • spektroskopia MIR – do identyfikacji grup funkcyjnych i analizy struktury wiązań chemicznych w materiałach amorficznych, amorficzno-krystalicznych oraz produktów mineralizacji; • spektroskopia Ramana – stosowana w analizie struktury molekularnej i identyfikacji specyficznych form krystalicznych, zwłaszcza w fazach tlenkowych i fosforanowych; • spektroskopia MAS NMR – do badania lokalnego otoczenia jąder atomowych w materiałach bezpostaciowych, w tym szkieł i produktów reakcji chemicznych, ze szczególnym uwzględnieniem analizy koordynacji atomów takich jak 29Si czy 31P ; • spektroskopia Mössbauera – wykorzystywana do analizy stanu utlenienia, symetrii i koordynacji jonów żelaza, szczególnie w kontekście ich funkcji strukturalnych i reaktywności chemicznej; • spektroskopia ICP-OES – do dokładnej analizy zawartości makro- i mikroelementów w materiałach stałych i roztworach, szczególnie w kontekście badań nawozów, surowców mineralnych, odpadów przemysłowych czy produktów mineralizacji. Interpretacja danych realizowana jest z wykorzystaniem wyspecjalizowanego oprogramowania badawczego (m.in. Proteus, Origin, HighScore Plus, PyMca, Athena, NETZSCH Kinetics Neo Software), umożliwiającego zarówno ilościowe odwzorowanie składu fazowego, jak i analizę kinetyki reakcji oraz wyznaczanie parametrów termodynamicznych przemian. Zespół posiada ugruntowane, wieloletnie doświadczenie w zakresie współpracy międzynarodowej oraz realizacji projektów badawczych o charakterze podstawowym, aplikacyjnym i wdrożeniowym, osadzonych w nurcie nowoczesnej inżynierii chemicznej, materiałowej oraz środowiska, mieszczących się w ramach dziedziny nauk inżynieryjno-technicznych. Efekty prowadzonych prac naukowo-badawczych są systematycznie prezentowane w recenzowanych czasopismach o wysokim współczynniku oddziaływania (Impact Factor), należących do czołówki literatury specjalistycznej w tych obszarach. Wysoka interdyscyplinarność prac oraz ich zorientowanie na rzeczywiste potrzeby środowiskowe i przemysłowe stanowią podstawowy wyróżnik działalności Zespołu.

Stanowisko do pomiaru właściwości termofizycznych materiałów

Wydziałowe Laboratorium Badań Termofizycznych

Katedralne Laboratorium Surowców Mineralnych i Odpadów Przemysłowych

Katedralna pracownia badań dyfrakcyjnych

Diagnostyka i badania mechaniczne starzonych warstw klejowych stosowanych w połączeniach konstrukcji drewnianych (Nr 2021/43/I/ST8/00554)

Wolnodziałające wieloskładnikowe nawozy szkliste S-P-K dla zrównoważonego rolnictwa (2023/49/N/ST11/00299)

Wykorzystanie zjawiska zarodkowania heterogenicznego w spiekaniu reakcyjnym granatu żelazowo – gadolinowego (2018/02/X/ST5/02638)

Ferrocarbo Sp. z o.o.

Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej, Polska Akademia Nauki, Kraków, Polska

Sieć Badawcza Łukasiewicz, Krakowski Instytut Technologiczny, Kraków, Polska

Wydział Chemii, Uniwersytet Jagielloński, Kraków, Polska

Katedra Inżynierii Chemicznej i Projektowania Procesowego, Politechnika Śląska, Gliwice, Polska

Uniwersytet Rolniczy w Krakowie, Wydział Technologii Żywności, Kraków, Polska

Wydział Inżynierii Lądowej, Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki

Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów, Politechnika Częstochowska

Wydział Inżynierii i Technologii Chemicznej, Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki

Instytut Katalizy i Fizykochemii Powierzchni im. Jerzego Habera Polskiej Akademii Nauk

Tomaszowskie Kopalnie Surowców Mineralnych "Biała Góra" Sp. z o.o

Grudzeń Las Sp. z o.o

Grupa Azoty Zakłady Chemiczne “Police” S.A.

Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki, Politechnika Częstochowska

Wydział Chemiczny, Politechnika Łódzka

Instytut Fizyki Jądrowej im. Stanisława Niewodniczańskiego, Polska Akademia Nauk

Slovenian National Building and Civil Engineering Institute (ZAG), Ljubljana, Slovenia

InnoRenew CoE, Izola

Narodowe Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS

Elettra-Sincrotrone Trieste S.C.p.A

Department of Physics, Center for Research and Advanced Studies of the National Polytechnic Institute

Department of Physics, Faculty of Sciences, King Khalid University

Wydział Nauk Ścisłych i Technicznych, Uniwersytet Jana Długosza w Częstochowie

Faculty of Agricultural, Food and Environmental Science, University of Perugia

Department of Heat, Hydraulics and Environmental Engineering, Univeristy of Ruse

Department of Civil Engineering, Democritus University of Thrace, Greece

University "G. d'Annunzio" of Chieti, Pescara, Italy

Akademia Tarnowska

Instytut Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych Polskiej Akademii Nauk

Physics Department, Center for Research and Advanced Studies of the National Polytechnic Institute

Wydział Elektryczny, Politechnika Białostocka