31 stycznia na Universidad Nacional de Educacion de Distancia (UNED) w Madrycie prof. Maria Ziółek z Wydziału Chemii odebrała tytuł Doctora Honoris Causa. Tytuł ten był wyrazem uznania za osiągnięcia naukowe, a także za trwającą ponad 15 lat polsko-hiszpańską współpracę naukową między dwoma zespołami badawczymi. Z panią profesor rozmawia Magdalena Endler.
Na naszej stronie uniwersyteckie.pl udostępniliśmy krótki filmik z uroczystości wręczenia pani honorowego doktoratu. Zdziwiła nas oprawa tego święta – tak różna od tej na UAM.
Nie tylko oprawa tej uroczystości jest znamienna, ale też fakt, że odbywa się ona raz do roku w okresie celebracji święta św. Tomasza z Akwinu. W jej trakcie wręczane są honorowe doktoraty, zwykle jeden lub dwa w roku. W tym samym czasie odbywają się też promocje doktorskie. Warto podkreślić, że UNED jest największym uniwersytetem państwowym w Hiszpanii i nikomu nie przeszkadza, że promocje doktorskie wiąże się ze świętem św. Tomasza z Akwinu, który jest w gronie największych doktorów Kościoła, a także patronem wspomnianego Uniwersytetu. Zwyczajem jest, że w przemówieniu doktora honorowego znajduje się odniesienie do jego filozofii. Ja również takie odniesienie zawarłam i powiązałam moją drogę naukową i badania w zakresie katalizy heterogenicznej na zeolitach i innych materiałach z podziałem wiedzy, dokonanym przez św. Tomasza, na tę, która wynika z odkrycia prawd nieznanych, i tę która ma źródło w kontemplacji prawd znanych.
Zobacz też: Prof. Maria Ziółek doktorem honoris causa (wideo)
Wspomniała pani o katalizie na zeolitach. Co to są zeolity?
Nazwa zeolity pochodzi od greckiego „zeo lithos”, czyli wrzące kamienie. Zeolity to minerały występujące w naturze, które są krystalicznymi glinokrzemianami posiadającymi mikropory (tj. pory o średnicy poniżej 2 nm) stanowiące znaczną część ich objętości, nawet do 50%. W warunkach naturalnych w porach gromadzi się woda, która pod wpływem ogrzewania, np. promieniami słonecznymi, odparowuje, „wrze” pokrywając powierzchnie pęcherzykami. Dlatego rozgrzane słońcem minerały zeolitowe robią wrażenie kipiących, wrzących kamieni. Struktury zeolitów naturalnych posłużyły za wzorce do wytwarzania zeolitów syntetycznych. Później syntezowano także zeolity o strukturach nie występujących w naturze, a pozwalających na ich zastosowanie w rozmaitych celach. Wciąż przybywają nowe struktury wytwarzane w wielu laboratoriach na świecie. Mamy już ponad 240 rożnych typów struktur zeolitów syntetycznych i ok. 40 zeolitów naturalnych. Ich atrakcyjność ma różny wymiar. Jednym z nich jest łatwa możliwość modyfikacji przez wymianę jonową, czyli zastępowanie jednych pierwiastków, innymi. Taka modyfikacja pozwala na zmianę właściwości powierzchniowych zeolitów, a to umożliwia generowanie cech dopasowanych do potrzeb konkretnych zastosowań.
Na czym polega zastosowanie ich w katalizie heterogenicznej?
Ich znaczenie jest ogromne. Ok. 50 % procesów katalitycznych stosowanych w przemyśle chemicznym wykorzystuje katalizatory zeolitowe. Mają one także doniosłe znaczenie w procesach katalitycznych wykorzystywanych w ochronie środowiska. Jednak, aby pojąć znaczenie zeolitów w katalizie trzeba najpierw zrozumieć, na czym polega sam proces katalityczny. W układzie heterogenicznym katalizator jest najczęściej ciałem stałym, porowatym, o bardzo dobrze rozwiniętej powierzchni właściwej. Substancja przetwarzana (substrat) oddziałuje z powierzchnią ciała stałego (katalizatora) i przez to oddziaływanie łatwiej jest przekształcana do innej substancji (produktu). Takie przekształcenie (reakcja chemiczna) zachodzi znacznie szybciej w obecności katalizatora niż bez niego. Proces katalityczny można porównać do poruszania się w górach. Jeśli wyruszamy z punktu A i chcemy dotrzeć do punktu B po drugiej stronie góry, to możemy wybrać rożne drogi. Możemy wspinać się w górę (droga trudna, wymagająca dużej energii i czasami niemożliwa do przejścia) lub przejść (jechać samochodem) tunelem, co pozwala na szybsze, łatwiejsze i pewniejsze dotarcie do punktu B. Reakcja katalityczna to taka droga przez tunel.
Moim ulubionym przykładem dla zobrazowania reakcji katalitycznej, z obserwacji z życia wziętej, są uczty w czasach Cesarstwa Rzymskiego, w czasie których spożywano wino nalewane do platynowych pucharów. Uczty trwały zwykle bardzo długo i jeśli wino znajdowało się w „kielichach” platynowych przez długi czas, to zaczynało bardzo źle smakować, a czasami nawet powodowało lekkie zatrucia. Alkohol (substrat) w kontakcie z platyną (katalizatorem) ulegał utlenieniu (reakcji) tlenem z powietrza do aldehydu (produktu), który jest trucizną i bardzo źle smakuje. Wino trzymane w naczyniu szklanym nie ulegało takiemu procesowi. To platyna oddziałuje z alkoholem i umożliwia jego reakcję z tlenem w temperaturze pokojowej, czyli jest katalizatorem.
A co z zastosowaniem tych procesów w przemyśle?
Mamy szereg takich zastosowań w przemyśle: chemicznym, petrochemicznym, rafineryjnym ale również w ochronie środowiska. Kataliza heterogeniczna wykorzystywana jest np. w katalizatorach samochodowych. Reaktory przemysłowe zawierają złoża katalizatora, przez które przepływają substraty, a na wyjściu reaktora zbierane są produkty. Ważne jest, aby w czasie „wędrówki” przez złoże katalizatora substraty „zatrzymały” się na jakiś czas oddziałując ze składnikami katalizatora zwanymi centrami aktywnymi. To oddziaływanie pozwoli na przekształcenie ich do produktu. W zależności od rodzaju substratu (jego natury chemicznej) trzeba dobrać odpowiedni składnik/składniki katalizatora, które będą najefektywniej oddziaływały z substratem w celu jego przereagowania do produktu. I tu należy wrócić do zeolitów. Otóż zeolity są materiałami, do których łatwo można wprowadzać składniki aktywne różnego rodzaju i dzięki temu można je przystosować do katalizowania najróżniejszych reakcji chemicznych. Dodatkową ich ważną cechą jest duża powierzchnia (uzyskana dzięki systemowi mikroporów), na której można umieścić bardzo dużo centrów aktywnych. Pewnym ograniczeniem stosowalności zeolitów może być mała średnica porów, w przypadku reakcji związków chemicznych o dużych molekułach. Dla takich celów stosowane są uporządkowane materiały mezoporowate zawierające pory o średnicach między 2 i 50 nm, które również stosujemy w badaniach naukowych prowadzonych w mojej grupie badawczej.
Ma pani na swoim koncie blisko 270 publikacji w czasopismach międzynarodowych, liczne patenty. A co z wynikami pani badań, czy znajdują również zastosowanie w przemyśle?
Z moim zespołem prowadzimy badania podstawowe. Zdarza się, że odkrywamy metody syntez bądź zastosowania katalizatorów w nowych reakcjach, które później zgłaszamy do urzędu patentowego. Jednak w naszym dorobku zdecydowanie przeważają publikacje naukowe oparte na badaniach podstawowych. Zadaniem tych badań jest zidentyfikowanie i zrozumienie zjawisk na poziomie molekularnym, określenie dróg reakcji katalitycznych i ich mechanizmów. Wszystko po to, aby opracować i zaproponować potencjalnym użytkownikom nowe katalizatory, zawierające nowe, bądź udoskonalone centra aktywne w określonych reakcjach, na które jest akurat zapotrzebowanie przemysłowe, bądź inne. Aby osiągnąć taki cel potrzebna jest nie tylko szeroka wiedza z wielu zakresów chemii, fizyki, zaawansowanych metod analitycznych, ale także intuicja i pewien rodzaj kontemplacji przedstawianej w filozofii św. Tomasza z Akwinu. Intuicja i kontemplacja leżały u podstaw mojego zainteresowania niobem jako pierwiastkiem, który można zastosować w katalizie heterogenicznej. W latach 90. poprzedniego wieku wraz z moim zespołem badawczym dokonaliśmy wielu pionierskich badań i odkryć w zakresie katalizatorów niobowych. Mamy satysfakcję, że te badania stały się zalążkiem intensywnego rozwoju światowych badań w zastosowaniu niobu jako składnika katalizatorów pełniącego zarówno rolę centrów aktywnych jak i promotorów, czyli dodatków wspomagających działanie innych centrów aktywnych. Nasze badania oczywiście nie ograniczają się do stosowania niobu w katalizatorach, choć z chęcią dodajemy niob do różnych materiałów, które syntezujemy i odkrywamy wciąż jego nowe właściwości, które mogą być wykorzystane w katalizie. Do takowych należą np. oddziaływania synergistyczne z metalami szlachetnymi (np. platyną, złotem) stosowanymi w przemysłowych procesach utleniania prowadzących do wytwarzania wysokogatunkowych chemikaliów lub w ochronie środowiska (np. dopalaniu spalin, usuwaniu tlenków azotu). Ostatnio odkryliśmy nowe właściwości tlenku niobu w procesach fotoktalitycznych, które mogą służyć m.in. w oczyszczaniu wód z zanieczyszczeń organicznych. Jestem przekonana, że wciąż jeszcze jest wiele do odkrycia nie tylko w zakresie katalizy „niobowej”, ale generalnie katalizy z użyciem wielu innych materiałów, a także ich stosowania w już prowadzonych i całkowicie nowych reakcjach katalitycznych.
Czuje się pani spełniona naukowo?
Miałam i mam ogromne szczęście. W moim zespole badawczym zawsze miałam i mam bardzo zdolnych współpracowników i doktorantów, pasjonatów, z którymi się świetnie współpracuje, a dyskusje naukowe z nimi są prawdziwą przyjemnością. Jestem otoczona ludźmi, którym z przyjemnością przekazuję to, czego się przez lata sama nauczyłam. Miałam i mam bardzo owocne współprace naukowe z ośrodkami zagranicznymi, z ludźmi, z którymi nie tylko współpracujemy wraz z moim zespołem badawczym, ale się też przyjaźnimy. Wreszcie, mam wspaniałą rodzinę, która przez wszystkie lata mojej pracy zawodowej mnie wspierała w rozmaitych formach, szczególnie mój mąż, bez którego wsparcia nie mogłabym pracować naukowo w takim zakresie jak to przez lata robiłam.
Parę lat temu w UNED z okazji 20-lecia istnienia na tej uczelni programu Erasmus została wydana pamiątkowa książka z relacjami pierwszych studentów, którzy w ramach programu odwiedzili europejskie uniwersytety. Znalazły się w niej również wspomnienia związane z pobytem w pani laboratorium. Jak zaczęła się ta wymiana? Może od fascynacji hiszpańską kulturą?
Pewnie Panią rozczaruję, ale nie od fascynacji kulturą hiszpańską. Grupa hiszpańskich naukowców z Madrytu (m.in. z UNED – prof. Rosa Martin-Aranda i Instytutu Petrochemicznego – prof. Miguel Banares) w 2002 roku organizowała w Toledo cykliczną międzynarodową konferencję poświęconą zastosowaniu w katalizie pierwiastków grupy piątej układu okresowego, wśród których znajduje się niob. Było to krótko po opublikowaniu przez nas przeglądowego artykułu na temat katalizy na „niobie” w prestiżowym czasopiśmie Chemical Review. Organizatorzy konferencji, na podstawie tego artykułu, zaprosili mnie do wygłoszenia wykładu plenarnego na temat zastosowania niobu w katalizie heterogenicznej. I tak to się zaczęło. Od tej konferencji zaczęła się nasza współpraca naukowa zarówno z prof. Martin-Arandą, jak i prof. Banaresem. Doktoranci i magistranci z UNED prowadzili badania w mojej grupie badawczej, a moi współpracownicy, doktoranci i magistranci wyjeżdżali do Madrytu i tam prowadzili prace badawcze. Owocem tej współpracy jest 20 wspólnych publikacji w prestiżowych czasopismach międzynarodowych, a dwie kolejne są w trakcie recenzji, oraz wiele prezentacji na konferencjach. Efektem współpracy są także przyjacielskie relacje między członkami naszych zespołów badawczych, poznanie kultury i zwyczajów naszych krajów. I tu dochodzimy do fascynacji kulturą hiszpańską. Ona jest wynikiem współpracy, ale nie była u źródeł nawiązania współpracy.
Pracuje pani bardzo intensywnie, a co z czasem wolnym?
Nie wiem co oznacza sformułowanie „czas wolny”. Zawsze coś robię, niekoniecznie zawodowo. Rozumiem, że chodzi o czas wolny od zajęć zawodowych. Emerytura, to taki piękny okres kiedy można, ale nie musi się prowadzić badań naukowych. W tym sensie czuję się wolna! Odpada szereg obowiązków związanych z dydaktyką, prowadzeniem zespołu, uczestnictwem w rozmaitych komisjach, etc. Dużo wolnego czasu…… Na szczęście nauka ma to do siebie, że można się nią zajmować długo, nawet w okresie emerytalnym, tak długo dopóki funkcjonuje rozum. Moje działania naukowe będą „wygaszane” powoli. Otrzymałam finansowanie z NCN na realizację projektu badawczego przez okres trzech lat. Tak więc po przejściu na emeryturę będę jeszcze kierowała badaniami prowadzonymi w ramach tego projektu. Moje zaangażowanie w działalność naukową będzie w sposób naturalny malało. Czas, który przez to zyskam, będzie czasem przebywania z rodziną, cieszenia się wspólnymi działaniami z najbliższymi, pomocą przy opiece nad wnukami. Niestety to, na co kiedyś brakowało mi czasu, nie zawsze będzie możliwe do wykonania po przejściu na emeryturę. Mam na myśli wypady narciarskie czy grę na kortach tenisowych. Ale z pewnością „kawałek” wolnego czasu będzie przezanczony na teatr, koncerty czy zwiedzanie muzeów.
