University of Silesia in Katowice

Włókna poliestrowe

Patenty Uniwersytetu Śląskiego

Chemicy z Uniwersytetu Śląskiego we współpracy z naukowcami z Politechniki Gdańskiej i Politechniki Łódzkiej opracowali specjalne tkaniny poliestrowe, wychwytujące jony metali ciężkich, takich jak: ołów, kadm, chrom, miedź, cynk, kobalt czy nikiel. W przyszłości będą one mogły służyć przede wszystkim do adsorbowania metali ciężkich np. ze ścieków przemysłowych: pokopalnianych, hutniczych czy pochodzących z zakładów poligraficznych. Charakteryzują się czystością biologiczną oraz mogą być stosowane wielokrotnie dzięki procesowi regeneracji. Sposób sorpcji jonów metali ciężkich oraz materiał stosowany do realizacji tej metody zostały objęte ochroną patentową.

Dr Barbara Feist z Instytutu Chemii Uniwersytetu Śląskiego, współautorka opatentowanego rozwiązania, prezentuje tkaninę adsorbującą jony metali ciężkich z zanieczyszczonego roztworu
Fot. Sekcja Prasowa UŚ
 

Opracowana tkanina, która może być wykorzystywana jako filtr oczyszczający roztwór wodny z jonów metali ciężkich, wykonana została w całości z poliestru. Naukowcy poddali ją procesowi barwienia związkami azochinolinowymi, dzięki którym w prosty i zarazem skuteczny sposób materiał adsorbuje toksyczne jony metali z zanieczyszczonych płynów. – Wybraliśmy tkaninę poliestrową ze względu na jej czystość biologiczną i niską cenę. Następnie barwiliśmy ją różnymi związkami heterocyklicznymi zawierającymi azot, aby sprawdzić m.in., ile jonów metali ciężkich (w ujęciu procentowym) może chłonąć w zależności od odczynu zanieczyszczonego roztworu – wyjaśnia dr Barbara Feist z Instytutu Chemii Uniwersytetu Śląskiego, współautorka opatentowanego rozwiązania. – Lepsze efekty oczyszczania skażonego roztworu zaobserwowaliśmy w zasadowym środowisku wodnym o wyższej wartości pH – dodaje.

Szczególnie interesująca okazała się tkanina wybarwiona związkiem o nazwie 5-[(E)-(3-hydroksyfenylo)diazenylo]-8-hydroksy-2-metylochinolina. Poniższy wykres przedstawia wartość procentową usuniętych jonów metali ciężkich w wyniku sorpcji w zależności od odczynu roztworu. – W zanieczyszczonym płynie zanurzaliśmy kawałki tkaniny, aby sprawdzić skuteczność procesu filtracji dla danego składu. Przyjrzyjmy się wynikom sorpcji jonów kadmu i ołowiu. W roztworze o pH 7 zaadsorbowanych zostało zaledwie ok. 7% jonów kadmu, wystarczy jednak, aby pH roztworu miało wartość 8, wówczas skuteczność sorpcji tych jonów wynosi aż 74%. Z kolei ta sama tkanina w roztworze o pH 7 oraz pH 8 może wchłonąć od 89% do 93% jonów ołowiu. Są to znakomite wyniki. Na skutek filtracji, przy zastosowaniu opatentowanej tkaniny, możemy zatem otrzymać płyn o wysokiej czystości – mówi dr Barbara Feist.
 

Wykres 1 Wpływ pH na procent sorpcji wybranych jonów metali na tkaninie poliestrowej
wybarwionej 5-[(E)-(3-hydroksyfenylo)diazenylo]-8-hydroksy-2-metylochinoliną.
Pomiar zawartości jonów metali wykonano techniką ICP-OES.
Oprac. dr Barbara Feist (wykres w formacie pdf)
 

Tkanina poliestrowa o opisanych powyżej właściwościach sorpcyjnych charakteryzuje się doskonałą odpornością na działanie promieniowania słonecznego. – Wartość tę mierzymy w ośmiostopniowej skali Blue Wool. Im wyższy stopień, tym lepsza trwałość tkaniny. W naszych badaniach jeden z materiałów uzyskał wartość 7, to znakomity wynik (Zgłoszenie patentowe P.409696, 2014). Oznacza bowiem, że nie straci on koloru wraz z upływem czasu i oddziaływaniem światła, i, tym samym, zachowa swoje świetne właściwości sorpcyjne – tłumaczy dr hab. inż. Jacek Nycz z Instytut Chemii UŚ. Jest to szczególnie ważne ze względu na możliwość wielokrotnego użycia wybarwionej tkaniny poliestrowej.
 

Odporność na światło wybarwionych włókien poliestrowych wg skali Blue Wool:

Włókna poliestrowe wybarwione odpowiednio związkami: (od lewej) 5-[(E)-(3-hydroksyfenylo) diazenylo]-8-hydroksy-2-metylochinoliną, 5-[(E)-(2,6-dichlorofenylo)diazenylo]-8-hydroksy-2-metylochinoliną oraz 5-[(E)-(2,5-dimetoksyfenylo) diazenylo]-8-hydroksy-2-metylochinoliną – mają wartość 4 w skali Blue Wool

Włókna poliestrowe wybarwione odpowiednio związkami: (od lewej) 5-[(E)-(2-bromofenylo)diazenylo]-8-hydroksy-2-metylochinoliną, 5-[(E)-(3-pirydynylo)diazenylo]-8-hydroksy-2-metylochinoliną – mają wartość 5 w skali Blue Wool

Oprac. dr hab. inż Jacek Nycz
 

– Tak zaprojektowany materiał ma określoną pojemność sorpcyjną. Może zatem „wchłonąć” określoną, skończoną liczbę jonów metali. Jeśli zostanie poddany procesowi regeneracji, będzie go można ponownie wykorzystać. Dzięki temu nie trzeba dokonywać zakupu nowego filtra, lecz wystarczy go oczyścić – podkreśla dr Barbara Feist.
 

Współautorem opatentowanego rozwiązania jest dr hab. inż. Jacek Nycz z Instytutu Chemii Uniwersytetu Śląskiego
Fot. Sekcja Prasowa UŚ
 

Opracowaną technologię w przyszłości, po przeprowadzeniu kolejnych badań, będzie można wykorzystać do tworzenia oddzielnych filtrów lub części systemu oczyszczania na przykład w zakładach przemysłowych, w których powstają płynne odpady zwierające toksyczne jony metali ciężkich. Dodatkowo produkcja opatentowanego materiału jest prosta i stosunkowo tania, co zwiększa jego aplikacyjną atrakcyjność.

Autorami wynalazku są: dr Barbara Feist, dr hab. inż. Jacek Nycz, dr Marcin Szala, mgr Karolina Czyż, mgr Rafał Jędrszczyk oraz mgr Karol Kuna z Instytutu Chemii Uniwersytetu Śląskiego, a także: prof. dr hab. inż. Radosław Podsiadły, mgr inż. Rafał Strzelczyk i mgr inż. Aleksandra Grzelakowska z Politechniki Łódzkiej oraz prof. dr hab. inż. Jacek Namieśnik, dr hab. inż. Jacek Gębicki i dr inż. Donata Konopacka-Łyskawa z Politechniki Gdańskiej.