Kapustę pekińską zamienili w materiał do sensorów

Jak przekształcić problematyczne odpady spożywcze w coś wartościowego? Taką próbę z sukcesem podjęły doktorantki i naukowcy z Politechniki Gdańskiej oraz Instytutu Maszyn Przepływowych Polskiej Akademii Nauk, przetwarzając liście kapusty pekińskiej w materiał, który może sprawdzić się w sensorach nie tylko do zastosowań spożywczych, ale także medycznych i środowiskowych.

Świat mierzy się z problemem ogromnych ilości odpadów spożywczych. Zarządzanie nimi i ich recykling to krytyczne wyzwania środowiskowe, które wymagają innowacyjnych i efektywnych rozwiązań technologicznych. Jednym z takich rozwiązań jest przekształcanie odpadów organicznych w cenne produkty z wykorzystaniem zaawansowanych procesów jak piroliza, czyli rozkład substancji pod wpływem wysokiej temperatury i bez obecności tlenu.

W oparciu o proces pirolizy członkinie międzywydziałowego koła naukowego RedOX z Politechniki Gdańskiej pod opieką prof. Katarzyny Siuzdak (IMP PAN), prof. Andrzeja Nowaka (PG) i prof. Jacka Ryla (PG) podjęły próbę tzw. upcyklingu kapusty pekińskiej, czyli przetworzenia jej w materiał o większej wartości.

– Badania koncentrowały się na wykorzystaniu liści kapusty wzbogaconych w miedź jako organicznego odpadu do wytwarzania aktywnego węgla, który służy do wykrywania kwasu askorbinowego (witaminy C). Wykazaliśmy, że odpady organiczne po odpowiednim przetworzeniu mogą być używane do produkcji materiałów elektrodowych stosowanych w sensorach – mówi dr inż. Wiktoria Lipińska z IMP PAN, absolwentka studiów I i II stopnia na Politechnice Gdańskiej.

Ile witaminy C w soku owocowym

Jak wyglądał sam proces badawczy?

–  Najpierw cięłyśmy liście kapusty na kawałki i zanurzałyśmy je w solach miedzi o różnych stężeniach. Następnie poddałyśmy pirolizie w obojętnej atmosferze i otrzymywałyśmy proszek z węgla i miedzi, który wykorzystałyśmy do modyfikacji szklanej elektrody węglowej. W kolejnym etapie badałyśmy jej właściwości elektrochemiczne pod względem wykrywania witaminy C, którą w kontrolowany sposób dodawałyśmy do elektrolitu – mówi mgr Angelika Łepek, doktorantka w Szkole Doktorskiej na Politechnice Gdańskiej (Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej).

–  Potem udowodniłyśmy, że materiał wytworzony przez nas na bazie odpadów z kapusty może być użyteczny w sensorach do zastosowań spożywczych, czyli do oznaczania stężenia witaminy C w soku owocowym – dodaje mgr inż. Stefania Wolff, doktorantka w Szkole Doktorskiej PG (WFTiMS) i IMP PAN.

Publikacja w wysoko punktowanym czasopiśmie i wniosek patentowy

Efekty badań, finansowanych z programu TECHNETIUM, zostały opisane artykule "Catalytic properties of copperions enriched cabbage-based carbon materials towards ascorbic acid detection" w wysoko punktowanym (200 pkt.) czasopiśmie Sustainable Materials and Technologies oraz zaowocowały zgłoszeniem patentowym.

W skład zespołu badawczego weszły członkinie KN RedOX: dr inż. Wiktoria Lipińska (IMP PAN, absolwentka PG, pierwsza autorka artykułu), mgr Angelika Łepek (WFTiMS PG), mgr inż. Stefania Wolff (WFTiMS PG i IMP PAN), a także prof. Jacek Ryl (WFTiMS PG), dr hab. inż. Andrzej Nowak, prof. PG (WChem PG) oraz dr hab. inż. Katarzyna Siuzdak, prof. IMP PAN (IMP PAN, mentorka KN RedOx, kierownik projektu).

Rozwój technologii druku 3D

Działające od dwóch lat KN RedOX PG jest pierwszym kołem naukowym w Polsce afiliowanym przy The Eletrochemical Society. To inicjatywa studentów i doktorantów zainteresowanych elektrochemią, fotochemią, katalizą i zagadnieniami pokrewnymi. Celem działalności koła jest rozwój wiedzy i umiejętności z obszaru elektrochemii, a także prowadzenie badań podstawowych i wdrożeniowych. Członkowie RedOX zajmują się m.in. rozwojem różnych technologii druku 3D w elektrochemii.

– W kolejnych etapach badań proszki uzyskane w ramach opisanych w artykule badań, będziemy włączać do matrycy polimerowej, aby następnie móc drukować elektrody do sensorów –  mówi prof. Jacek Ryl, opiekun koła RedOx. – Tę tematykę zainicjowaliśmy w ramach projektu z grantu pozyskanego w programie Sonata Bis.