Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Membrany i techniki rozdziału
Course of study:
2019/2020
Code:
CIMT-2-217-s
Faculty of:
Materials Science and Ceramics
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Materials Science
Semester:
2
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
dr hab. inż. Stodolak-Zych Ewa (stodolak@agh.edu.pl)
Module summary

Powiązanie teoretycznej części wprowadzającej (wykładu) do części projektowej (seminaryjnej) połączonej z elementami laboratorium gdzie można otrzymać i zbadać membranę pozwoli na wykorzystanie zdobytej wiedzy w praktyce. Studenci mają okazję również wykorzystać nowe technologie informacyjne do zaproponowania aplikacji tak wytworzonej membrany.

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence: is able to
M_K001 Ma świadomość wpływu inżynierii materiałowej na rozwój nowoczesnych technologii materiałów membranowych lub/i hybrydowych oraz ich użyteczności przemysłowej i społecznej. IMT2A_K03 Activity during classes,
Presentation
M_K002 Ma świadomość możliwosci komercajlizacji: nowych technologii, materiałów bądz produktów bazujacych na nowoczesnych technologiach materiałowych. IMT2A_K02 Activity during classes,
Presentation,
Project
Skills: he can
M_U001 Umie dobrać metodę badawczą w zależności od bazowego materiału membrany oraz jest w stanie wnioskować o właściwościach materiału na podstawie wyników badań membrany. IMT2A_U04 Activity during classes,
Test,
Project
M_U002 Umie przeprowadzic syntetyczna analizę danych literaturowych i praktycznych (patenty) i na tej podstawie wskazac dalsze kierunki rozwoju technik membranowych. IMT2A_U05, IMT2A_U01 Presentation,
Activity during classes,
Test,
Project
M_U003 Umie zaprojektować i wytworzyć materiał przeznaczony do konkretnego procesu membranowego (MF, UF, NF, RO). Umie zaprojektować metariał hybrydowy. IMT2A_U04 Activity during classes,
Test,
Presentation,
Project
M_U004 Potrafi przewidywać i rozwiązywać problemy techniczne pojawiające sie w trakcie procesów separacji z wykorzystaniem materiałów i technik membranowych. IMT2A_U04, IMT2A_U03 Activity during classes,
Test,
Project,
Participation in a discussion
M_U005 Potrafi przygotowac projekt materiału membranowego do konkretnego zastosowania, wykorzystując wiedzę z zakresu inzynierii materiałowej oraz dostepna literaturę. IMT2A_U04, IMT2A_U03 Presentation,
Involvement in teamwork,
Activity during classes,
Project,
Participation in a discussion
Knowledge: he knows and understands
M_W001 Zna metody otrzymywania materiałów membranowych o charakterze kompozytowym, polimerowym i ceramicznym. IMT2A_W03 Test,
Project,
Examination,
Participation in a discussion
M_W002 Zna metody badawcze przydatne w charakteryzowaniu materiałów membranowych. Rozumie znaczenie doboru narzędzi i metod badawczych pod kątem aplikacji materiału lub techniki separacji. IMT2A_W03, IMT2A_W04 Project,
Examination,
Test,
Presentation
M_W003 Zna ideę, podział i zakres stosowalności materiałów hybrydowych. Zna metody otrzymywania materiałów hybrydowych w zależności od ich aplikacji praktycznych. IMT2A_W03 Project,
Examination,
Test
M_W004 Zna i rozumie procesy transportu masy zachodzące w materiale membranowym. Ma świadomość wzajemnej korelacji pomiedzy procesem transportu a charakterystyką materiału membranowego. IMT2A_W03 Project,
Examination,
Test
M_W005 Rozumie zjawiska fizykochemiczne zachodzące w trakcie procesu separacji i ma świadomość problemów technicznych bedących ich efektem. IMT2A_W03, IMT2A_W05 Project,
Examination,
Test
Number of hours for each form of classes:
Sum (hours)
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
30 15 0 0 0 0 15 0 0 0 0 0
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Social competence
M_K001 Ma świadomość wpływu inżynierii materiałowej na rozwój nowoczesnych technologii materiałów membranowych lub/i hybrydowych oraz ich użyteczności przemysłowej i społecznej. + - - - - + - - - - -
M_K002 Ma świadomość możliwosci komercajlizacji: nowych technologii, materiałów bądz produktów bazujacych na nowoczesnych technologiach materiałowych. + - - - - + - - - - -
Skills
M_U001 Umie dobrać metodę badawczą w zależności od bazowego materiału membrany oraz jest w stanie wnioskować o właściwościach materiału na podstawie wyników badań membrany. - - - - - + - - - - -
M_U002 Umie przeprowadzic syntetyczna analizę danych literaturowych i praktycznych (patenty) i na tej podstawie wskazac dalsze kierunki rozwoju technik membranowych. - - - - - + - - - - -
M_U003 Umie zaprojektować i wytworzyć materiał przeznaczony do konkretnego procesu membranowego (MF, UF, NF, RO). Umie zaprojektować metariał hybrydowy. - - - - - + - - - - -
M_U004 Potrafi przewidywać i rozwiązywać problemy techniczne pojawiające sie w trakcie procesów separacji z wykorzystaniem materiałów i technik membranowych. - - - - - + - - - - -
M_U005 Potrafi przygotowac projekt materiału membranowego do konkretnego zastosowania, wykorzystując wiedzę z zakresu inzynierii materiałowej oraz dostepna literaturę. - - - - - + - - - - -
Knowledge
M_W001 Zna metody otrzymywania materiałów membranowych o charakterze kompozytowym, polimerowym i ceramicznym. + - - - - + - - - - -
M_W002 Zna metody badawcze przydatne w charakteryzowaniu materiałów membranowych. Rozumie znaczenie doboru narzędzi i metod badawczych pod kątem aplikacji materiału lub techniki separacji. + - - - - + - - - - -
M_W003 Zna ideę, podział i zakres stosowalności materiałów hybrydowych. Zna metody otrzymywania materiałów hybrydowych w zależności od ich aplikacji praktycznych. + - - - - - - - - - -
M_W004 Zna i rozumie procesy transportu masy zachodzące w materiale membranowym. Ma świadomość wzajemnej korelacji pomiedzy procesem transportu a charakterystyką materiału membranowego. + - - - - - - - - - -
M_W005 Rozumie zjawiska fizykochemiczne zachodzące w trakcie procesu separacji i ma świadomość problemów technicznych bedących ich efektem. + - - - - + - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 55 h
Module ECTS credits 2 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 30 h
Preparation for classes 6 h
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 8 h
Realization of independently performed tasks 4 h
Examination or Final test 2 h
Contact hours 5 h
Module content
Lectures (15h):
  1. Membrany – informacje podstawowe

    Wprowadzenie do przedmiotu – podobieństwa i różnice pomiędzy materiałem membranowym, filtrem, przegrodą separującą. Podział na membrany syntetyczne i naturalne. Podstawowowe kierunki aplikacji materiałów membranowych.

  2. Membranowe procesy rozdziału faz

    Procesy rozdziału faz z wykorzystaniem membran; mikrofiltracja (MF), ultrafiltracja (UF), osmoza odwrócona (RO), nanofiltracja (NF), perwaporacja (PR), dializa. Techniczne aspekty procesów membranowych: polaryzacja stężeniowa, fouling, adsorpcja oraz metody ich zapobiegania.

  3. Prawa przepływu i prawa transportu masy w membranie

    Model transportu masy przez membrany idealne i membrany rzeczywiste. Prawa przenoszenia w materiałach membranowych; prawo Darcy’ego (przepływ konwekcyjny), prawa Ficka (przepływ dyfuzyjny), prawo Ohma (transport ładunku), prawo Fouriera (transport energii).

  4. Otrzymywanie membran i ich charakterystyka

    Podstawowe metody otrzymywania membran oparte na inwersji fazowej w układzie trójskałdnikowym i dwuskładnikowym. Opis fizykochemiczny i termodynamiczny zjawiska. Przykłady materiałów membranowych otrzymanych tymi technikami. Podstawowe wielkosci charakteryzujące membranę: skutczność membrany, strumień.

  5. Membrany polimerowe

    Metody otrzymywania membran polimerowych; mokra inwersja faz, spiekanie, obróbka mechaniczna folii polimerowych. Wady i zalety membran polimerowych. Metody formowania membran polimerowych: membrany płaskie, membrany kapilarne. Moduły membranowe.

  6. Membrany ceramiczne

    Metody otrzymywania membran ceramicznych. Wady i zalet membran ceramicznych. Podstawowe aplikacje membran ceramicznych. Membrany węglowe. Porównanie właściwości membran ceramicznych z własciwościami membran polimerowych.

  7. Membrany kompozytowe

    Definicja membrany kompozytowej vs materiał kompozytowy. Metody otrzymywania membran kompozytowych. Funkcje poszczególnych składowych membrany kompozytowej, rola warstwy naskórkowej i warstwy nośnej membrany. Porównanie membran polimerowych z membranmi kompozytowymi. Podstawowe aplikacje membran kompozytowych. Postaci membran kompozytowych; membrany płaskie, kapilarne.

  8. Metody badań materiałów membranowych

    Metody badawcze służace charakterystyce strukturalnej membrany. Metody badawcze stosowane w charakterystyce właściwości membran: porowatość (porozymetria rtęciowa, kapilarna, metoda pęcherzykowa, termporometria, permporometria), właściwości liofilowe powierzchni, punkt cut off, współczynnik przesiewalnosci. Trwałość membran w zależnosci od warunków pracy.

  9. Materiały hybrydowe

    Definicja materiału hybrydowego. Porównanie materiału hybrydowego do materiału kompozytowego. Klasyfikacja materiałów hybrydowych ze względu na rodzaj oddziaływania pomiedzy macierzą z napełniaczem. Klasy matriałów hybrydowych; tworzywa nieorganiczno-organiczne (IO), organiczno-nieorganiczne (OI), nanokompozyty (NM). Metody otrzymywania poszczególnych klas materiałów hybrydowych. Przykłady materiałów hybrydowych pełniacych funkcje membran; układy polimer-POSS, polimer-zeolit.

  10. Zastosowanie membran w ochronie środowiska

    Techniki separacji stosowane w oczyszczalniach ścieków: mechanicznych, chemicznych, biologicznych. Przykłady rozwiązań technicznych z wykorzystaniem membran polimerowych, kompozytowych i ceranicznych w przemysłowych i komunalnych oczyszczalniach ściekow.

  11. Zastosowanie membran w medycynie

    Materiały membranowe stosowane w dializoterapii (sztuczna nerka) i płuco-serce. Przykłady sztucznych narządów: hybrydowa wątroba, biosztucznej trzustki. Przykłady implantów pełniacych funkcje membran w organizmie żywmym (membrany GBR/GTR/GNR, implanty okulistyczne, sztuczna skóra).

  12. Zastosowanie technik membranowych w odsalaniu wody

    Metody odsalania wody morskiej z wykorzystaniem osmozy prostej i odwróconej. Problemy technologiczne procesu na przykładzie stacji odstalania na różnych kontynentach

  13. Zastosowanie materiałow membranowych i technik membranowych w przemysle spozywczym

    Zastosowanie membran płaskich w browarnictwie, przemyśle mleczarskim i przetworstwie owocowym. Materiały stosowane w przemyśle spożywczym. Ograniczenia tworzyw membranowych i ich skuteczność. Metody regeneracji membran stosowanych w przemyśle spożywczym.

Seminar classes (15h):

Zajecia seminaryjne podzielone są na trzy częsci. Cześć pierwsza dotyczy analizy zastosowania i mozliwości nowoczesnych technologii w aspekcie problemów globalnych tj. kryzys surowcowy, energetyczny, problemy z wodą pitną, problemy w obrębie medycyny i ochrony środowiska. W częsci drugiej Studenci zdobywaja wiedzę praktyczna z zakresu otrzymywania membran polimerowych, kompozytowych i ceramicznych oraz ich charakteryzacji z wykorzystaniem metod badań mikrostruktury. W trzeciej cześci Studenci przygotowuja projekt opracowania materiału membranowego z możliwościa jego komercjalizacji w postaci gotowego produktu w dwuosobowych zespołach. Projekt przedstawiony jest w formie prezentacji ustnej i pisemnej. Mozliwość komercjalizacji poddana jest grupowej dyskusji.

Additional information
Teaching methods and techniques:
  • Lectures: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Seminar classes: Na zajęciach seminaryjnych podstawą jest prezentacja multimedialna oraz ustna prowadzona przez studentów. Kolejnym ważnym elementem kształcenia są odpowiedzi na powstałe pytania, a także dyskusja studentów nad prezentowanymi treściami.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Uczestnictwo w części wykładowej, czynna realizacja projektu na zaproponowany temat oraz wykonanie części laboratoryjnej zakończonej wspólnym sprawozdaniem i podsumowaniem wyników innych uczestników kursu.
Nieobecność w części teoretycznej nadrabiana jest indywidualnie przez studenta, zajęcia projektowe można poprawić tylko w terminie dodatkowym. Brak możliwości odrobienia zajęć laboratoryjnych.
Do kolokwium zaliczeniowego wymagana jest pozytywna ocena końcowa z części projektowej oraz wysoka frekwencja na pozostałej części zajęć.

Participation rules in classes:
  • Lectures:
    – Attendance is mandatory: No
    – Participation rules in classes: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Seminar classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci prezentują na forum grupy temat wskazany przez prowadzącego oraz uczestniczą w dyskusji nad tym tematem. Ocenie podlega zarówno wartość merytoryczna prezentacji, jak i tzw. kompetencje miękkie.
Method of calculating the final grade:

Ocena z seminarium jest średnią arytmetyczną z aktywności Studenta podczas zajeć, przygotowanej prezentacji na wskazany temat oraz projektu wykonanego w dwuosobowym zespole, jego prezentacji oraz obrony w trakcie dyskusji grupowej oraz kolokwium zaliczeniowego.
Ocena końcowa stanowi średnią ważoną z kolokwium końcowego (waga 0,6) oraz z projektu przedmiotowego (0,4).

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Indywidualna praca nad zagadnieniami poruszanymi w trakcie zajęć

Prerequisites and additional requirements:

Wiedza z zakresu budowy i właściwości materiałów z grupy; materiałów ceramicznych, polimerowych i kompozytowych. Tradycyjne metody badawcze służące charakterystyce podstawowowych grup materiałowych. Metody projektowania materiałów.

Recommended literature and teaching resources:

1. Strathmann H., Giono L., Trioli E.; An introduction to membran sciance and technology, 2006
2. Mulder J., Basic Principles of Membrane Technology. Second edition, 2002
3. Narębska A., Membrany i membranowe techniki rozdziału, Wydawnictwo Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, Toruń 1997
4. Bodzek M., Bohdziewicz J., Konieczny K., Techniki membranowe w ochronie środowiska, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej 1997
5. Rautenbach R., Procesy membranowe ,Wydawnictwo Naukowo -Techniczne, Warszawa 1996
6. Konieczny K., Ultrafiltracja i mikrofiltracja w uzdatnianiu wód do celów komunalnych, Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Seria: Inżynieria środowiska, Z.42, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2000

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

1. E. Stodolak, M. Krok, T. Gumuła, S. Błażewicz; Membrany kompozytowe przeznaczone na implanty okulistyczne; Kompozyty 2009 vol. 9 nr 4, s. 352–357
2. R. Leszczyński, E. Stodolak, J. Wieczorek, J. Orłowska-Heitzman, T. Gumuła, S. Błażewicz; In vivo biocompatibility assessment of (PTFE-PVDF-PP) terpolymer-based membrane with potential application for glaucoma treatment; Journal of Materials Science. Materials in Medicine 2010 vol. 21 iss. 10, s. 2843–2851
3. E. Stodolak-Zych, A. Łuszcz, E. Menaszek, A. Ścisłowska-Czarnecka; Resorbable polymer membranes for medical applications; Journal of Biomimetics, Biomaterials and Tissue Engineering 2014 vol. 19, s. 99–108
4. E. Stodolak-Zych, A. Benko, P. Szatkowski, E. Długoń, M. Nocuń, C. Paluszkiewicz, M. Błażewicz; Spectroscopic studies of the influence of CNTs on the thermal conversion of PAN fibrous membranes to carbon nanofibers; Journal of Molecular Structure 2016 vol. 1126, s. 94–102
5. E. Stodolak-Zych, E. Dzierzkowska, S. Matwally, M. Mikołajczyk, M. Gajek, A. Rapacz-Kmita, Multifunctional porous membranes with antibacterial properties, International Journal of Polymeric Materials and Polymeric Biomaterials, DOI: 10.1080/00914037.2018.1525719
6. • E. Stodolak-Zych, K. Rozmus, E. Dzierzkowska, Ł. Zych, A. Rapacz-Kmita, M. Gargas, E. Kołaczkowska, M. Cieniawska, K. Książek, A. Ścisłowska-Czarnecka, The membrane with polylactide and hyaluronic fibers for skin substitute, Acta of Bioengineering and Biomechanics, DOI:10.5277/ABB-01199-2018-02

Additional information:

None