Badania prowadzone przez pracowników katedry od lat integrują wiedzę z inżynierii chemicznej oraz białej (przemysłowej) biotechnologii. Głównym nurtem badań są procesy bioreaktorowe (mikrobiologiczne i enzymatyczne) prowadzone w aparatach o objętości 0,5 -25 litrów. Bioreaktory te nierzadko integrowane są z procesami membranowymi. Reakcje enzymatyczne prowadzone są z wykorzystaniem katalizatorów natywnych lub samodzielnie przygotowanych preparatów z katalizatorem immobilizowanym poprzez sorbcję, wiązanie kowalencyjne lub usieciowanym w hydrożelu.

   W katedrze prowadzone są również prace badawcze mają na celu opracowanie procesów zagospodarowania produktów odpadowych przemysłu spożywczego z wykorzystaniem reaktorów mikrobiologicznych, enzymatycznych i membranowych, a także ogólnie pojętych technik membranowych. Prowadzone są badania nad wykorzystaniem technik membranowych (membran mikro-, ultra- i nanofiltracyjnych) do separacji produktów przemian mikrobiologicznych i enzymatycznych.

   W ostatnim czasie działalność naukowa katedry została rozszerzona o modelowanie materiałów do transportu substancji aktywnych (np. leków, hormonów itd.), immobilizacji objętościowej biokatalizatorów, transportu masy z nałożoną reakcją. Pozwoli to na wykorzystanie opisów znanych w inżynierii chemicznej do farmakokinetyki na poziomie nośnik leku-płyn ustrojowy.

   Biomasa roślinna jest nieocenionym zapasem polisacharydów, które służą jako źródło cukrów prostych, aktywnie wykorzystywanych przez organizmy fermentujące do produkcji biopaliw – bioetanolu, biogazu, biowodoru. Badania naukowe skupiają się na wykorzystaniu składników biomasy roślinnej do produkcji białek katalitycznych, w procesach fermentacji na podłożu stałym i w pożywkach płynnych, przez różne gatunki mikroorganizmów. Zarówno dzikie, jak i rekombinowane szczepy grzybów i bakterii są badane pod kątem zdolności do efektywnej degradacji poszczególnych komponentów roślin, jak celuloza, hemiceluloza czy lignina. Z jednej strony, prowadzone są eksperymenty nad doborem warunków hodowli, optymalnych do znacznego przyrostu komórek producenckich oraz wydajnej produkcji enzymów, z drugiej – określanie właściwości katalitycznych uzyskanych białek. Prowadzone są również badania nad wpływem związków organicznych na aktywność poszczególnych enzymów, prowadzące do określenia ich właściwości inhibujących.

   Celem badań jest przeprowadzenie danego procesu (bio)technologicznego, a następnie z pomocą narzędzi stosowanych w inżynierii chemicznej jego matematyczny opis i przeprowadzenia charakterystyki modelowej w celu znalezienia optymalnego zakresu parametrów wpływających na rozpatrywany proces.

   Prowadzone są również prace badawcze celem stworzenia innowacyjnego zintegrowanego systemu oczyszczania ścieków koksowniczych umożliwiającego obniżenie poziomu zanieczyszczeń oraz ponowne wykorzystanie wody w procesie gaszenia koksu. System będzie wykorzystywał takie procesy jak flotacja, separacja membranowa, elektrokoagulacja.

  W katedrze prowadzone są również badania o charakterze numerycznym oparte o koncepcję modelowania wieloskalowego przy użyciu superkomputerów. Główne tematy badawcze poruszane przez grupę to:

Modelowanie własności adsorpcyjnych hybrydowych materiałów porowatych.
Składowanie oraz separacja gazów jest jednym z najważniejszych technologicznych wyzwań w dzisiejszej nauce. Szczególnym zainteresowaniem cieszą się, tzw. gazy energetyczne (metan oraz wodór) i biogaz. Uważa się, że hybrydowe nanoporowate materiały MOF-y (Metal-Organic Frameworks)  będą odgrywały znaczącą rolę w potencjalnych aplikacjach. Głównym zjawiskiem, które jest badane w tej dziedzinie jest adsorpcja. Badanie zjawiska transportu przy pomocy narzędzi do modelowania molekularnego pozwala na poznanie zjawiska w nanoskali oraz dokładne opisanie oddziaływań między gazami a adsorbentem (MOF). Komplementarną techniką przy badaniu przepływu i separacji gazów jest chromatografia gazowa, dzięki której przy niewielkiej ilości zużytego materiału możemy opisać interesujące nas zjawisko. Determinacja wpływu deformacji tych struktur porowatych na mechanizm sorpcji pozwoli na zaprojektowanie materiału dopasowanego na potrzeby przemysłu.

Modelowanie procesów transportu w układach polimerowych/hydrożelowych

Matryce hydrożelowe znajdują szerokie zastosowanie w biotechnologii zwłaszcza jako nośniki związków biologicznie czynnych z uwagi na swoją biokompatybilność i możliwość funkcjonalizacji. Jednym z kluczowych elementów optymalizacji takich układów jest znajomość ich właściwości transportowych oraz sorpcyjnych w zależności od warunków fizyko-chemicznych. Znajomosć tych warunków jest istotna zwłaszcza w przypadku projektowania nośników leków czy immobilizacji enzymów. Modelowanie wieloskalowe, łączące metody opisu układu od skali subatomowej do ciągłej, są niewykle użyteczną alternatywna do dotychczas stosowanych metod analitycznych.

Funkcjonalizacja układów węglowych o mieszanej hybrydyzacji oraz zjawiska fotoindukowane

Materiały węglowe, zwłaszcza cienkowarstwowe, cieszą się dużą popularnością zarówno w elektronice jak i biotechnologii. Do ich główych zalet należą niezwykle interesujące własności elektronowe i magnetyczne, mechaniczne, niska liczba atomowa pierwiatska składowego a także możliwości funkcjonalizacji i domieszkowania. Niedawno pojawiła się możliwość modyfikacji własności elektronowych i strukturalnych poprzez ultaszybką fotostymulację – lasery femtosekundowe. W rezultacie opracowano materały o mieszanej hybrydyzacji sp2-sp3 zdolne tworzyć zorganizowane matryce do funkcjonalizacji i adsorpcji, superciankie warstwy diamentopodobne a także nowe źródła światła oparte na grafenie. Badania prowadzone metodami modelowania molekularnego pozwalają przewidzieć własności tych nowych materiałów a także wyjaśnić mechanizmy zjawisk w nich zachodzących.

Kontrolowane uwalnianie substancji biologicznie aktywnych z mezoporowatych struktur krzemowych

Mezoporwate struktury krzemowe są układami o bardzo zorganizowanej i precyzyjnej strukturze porów gdzie średnica może dochodzić do kilkudziesięciu Angstromów. W związku z możliwością ich funcjonalizacji układy krzemowe typu SBA-15 czy MCM-41 stosuje się jako nośniki kontrolowanego

uwalniania leków, mikreaktory czy nośniki enzymów. Modelowanie molekularne pozwala na prezycyjną charakterystykę pod kątem własności transportowych i adsorpcyjnych wyżej wymienionych układów.