Kemijsko inženirstvo
P2-0191
Trajanje: 1.1.2020 - 31.12.2025
Vodja:
prof. dr.
Žgajnar Gotvajn Andreja
Raziskovalni program Kemijsko inženirstvo P2-0191 je zasnovan tako, da deluje skladno s smernicami trajnostnega razvoja in krožnega gospodarstva, zlasti v kemijski industriji. Raziskovalni pristop se osredotoča in temelji na varnih ter snovno in energijsko učinkovitih procesih in tehnologijah ter neposredno sledi Strategiji pametne specializacije Republike Slovenije. Področje raziskav je usmerjeno k celostnemu pristopu obravnave procesa od surovine do končnega produkta in gradi na širšem povezovanju posameznih raziskovalnih usmeritev programske skupine. Skupni imenovalec programske skupine je težnja po intenzifikaciji procesov in zmanjševanju vpliva kemijske in sorodnih industrij na okolje ob upoštevanju družbenih in socialno-ekonomskih sprememb moderne družbe. Raziskovalne usmeritve delimo na tri raziskovalne sklope: Intenzifikacija procesov, ki predstavlja temelj raziskav transportnih fenomenov in kinetičnih procesov od molekularnega do makroskopskega nivoja z namenom zmanjšanja porabe naravnih surovin in energije, onesnaženja ter/ali pridobivanja izboljšane strukture produkta (materiala) in njegovih lastnosti; napredni materiali, kjer je razvoj usmerjen v uporabo naravnih surovin za razvoj novih pametnih polimernih materialov ter ocena in zmanjševanje onesnaženja. Vsi trije sklopi se medsebojno neločljivo prepletajo in skupaj prispevajo k celoviti rešitvi izzivov sodobne družbe. Splošni cilj raziskovalnega programa P2-0191 je razvoj in razširjanje novih znanj in raziskovalnih pristopov z izdatnim vplivom na razvoj kemijsko inženirskih znanosti, stroke in visokošolskega izobraževanja ter ustvarjanje izvedljivih možnosti za gospodarski in socialni razvoj. Predlagani program zajema medsebojno neločljive raziskovalne sklope s perspektivnimi raziskovalnimi koncepti, kot so: kontrolirano sproščanje učinkovin iz hidrogelov, mikroprocesna tehnologija, pametni in biorazgradljivi materiali, (nano)kompoziti, uporaba obnovljivih virov, mikroplastika, novo nastajajoča onesnaževala in bioremediacija.
Kontrolirano sproščanje učinkovin predstavlja aktualno temo sodobnih raziskav na področju kemijskih procesov, produktnega inženirstva, inženirstva materialov, nanotehnologije in biomedicine. Glavni izziv je razvoj pH-odzivnih hidrogelov, ki lahko v nespremenjeni obliki dostavijo učinkovino (potencialno celo dve ali več) na ciljno mesto, čemur sledi nadzorovano sproščanje ob spremembi pH vrednosti. Raziskave imajo pomemben vpliv na razjasnitev razmerja med karakteristiko hidrogelne mreže in dejansko učinkovitostjo sproščanja aktivne učinkovine ter kinetiko. Nadalje se raziskave usmerjajo v pripravo hidrogelov v tkivnem inženirstvu.
Raziskave mikroprocesnega inženirstva vključujejo mikroizdelavo in mikroobdelavo, kot tudi temeljne raziskave v biofiziki, kemiji in mikrobiologiji ob uporabi mikrofluidike. Hkrati je predviden pospešen prenos znanja v biotehnološke aplikacije, kemično in farmacevtsko proizvodnjo, biomedicino, kakovost hrane in varstvo okolja. Raziskovalna področja tako zajemajo: transportne pojave in matematično modeliranje procesov v mikrofluidnih napravah, razvoj organsko sintetičnih in biokatalitskih procesov s pomočjo mikropretočnih naprav za proizvodnjo kemikalij z visoko dodano vrednostjo in farmacevtskih učinkovin, pa tudi zaključne procese in integracijo procesov s pomočjo mikropretočnih sistemov. Razvoj točnejših matematičnih opisov procesov, ki se odvijajo v mikropretočnih napravah, predstavlja izjemno podlago za nadaljnjo intenzifikacijo procesov.
Napredni materiali, skupaj z nanotehnologijo, predstavljajo eno izmed prioritetnih področij raziskav Evropskega sveta za raziskave in so del strategije razvoja nizkoogljične družbe in dolgoročne podnebne vzdržnosti. Raziskave se osredotočajo na sintezo in pripravo pametnih materialov s sposobnostmi samoceljenja (SH) in oblikovnega spomina (SM) s poudarkom na razumevanju njihovih fizikalnih in kemičnih mehanizmov. Z razumevanjem ozadja obeh procesov se lahko kemijska sestava materialov in termomehanske lastnosti, vezane na strukturo materiala, ustrezno prilagodijo glede na želene lastnostmi SH in/ali SM. Rezultati omogočajo razširjanje pridobljenih znanj in pristopov na raziskovalnem področju SMASH ter drugih naprednih materialov in nanokompozitov. Predlagane raziskave spodbujajo razvoj pametnih materialov na področju bio-osnovanih in biorazgradljivih materialov.
Pomemben del raziskav predstavlja razvoj novih metod čiščenja odpadnih voda in optimizacija obstoječih metod, kar je v skladu z okvirno direktivo EU o vodah (Okvirna direktiva o vodah 2000/60/ES). Raziskave so osredotočene na »nove« kritične onesnaževalce (CEC), kar odpira nove možnosti za uporabo naprednih tehnologij, ki vodijo do tehnološkega razvoja obstoječih sistemov za čiščenje odpadnih voda in sistemov ravnanja z odpadki. Pri tem je velik del pozornosti namenjen prepoznavanju in vrednotenju nevarnosti mikroplastike, ki je bila kot okoljski problem s strani Evropske komisije v letu 2018 še posebej izpostavljena. V okviru programa se ukvarjamo s karakterizacijo mikroplastike, njenimi vplivi na okolje ter raziskujemo možnosti njenega odstranjevanja iz okolja. Rezultati raziskav pomembno prispevajo k novim raziskovalnim usmeritvam na področju mikro in nanotehnologije ter ekotoksikologije, kjer je bistvo v preučevanju interakcije delcev različnih velikosti s celicami, organizmi in ekosistemi.