Proiecte colaborative de cercetare aplicativa,

programul Parteneriate

Contract nr. 92/1.07.2014

Materiale şi procese inovative pentru îndepărtarea selectivă a

metalelor grele din apele uzate

(HAP-CHIT-MAG) – etapa a III a

Director: Prof. dr. Claudia Maria SIMONESCU

Durata: 39 luni

Valoarea totală a contractului: 1.442.550 lei

Bugetul de stat: 1.250.000 lei

Cofinantare: 192.550 lei

ETAPA 3 - 2016

Testarea si selectarea nano/microadsorbantilor obtinuti in procesele de indepartare a ionilor metalelor grele din solutii sintetice. Studii preliminare

privind indepartarea ionilor metalelor grele din ape uzate din industria miniera si ateliere de acoperiri galvanice

Perioada de derulare: 16.12.2015– 30.12.2016

Buget total Etapa 3- 450.248,00 lei (din care cofinantare 47.557,00 lei)

Rezumat

In această etapă a proiectului au fost obţinute micro şi nano-structuri de materiale adsorbante pe bază de chitosan (compozite ale chitosanului), alginat de calciu, alginat de calciu acoperit cu chitosan, hidroxiapatită, compozite magnetită-chitosan, si magnetită funcţionalizată cu diferite poliamine atât prin tehnici specifice ceramice de sinterizare în fază solidă (compuşi microcristalini), cât şi prin tehnici neconvenţionale (precipitare din soluţii apoase).

A fost evaluata capacitatea de a retine metale grele (Pb(II), Cu(II), Ni(II) şi Zn(II)) din soluţiile apoase sintetice mono si multicomponent si s-a constatat ca aceasta este influenţată de caracteristicile materialelor precum compoziţia mineralogică, forma și dimensiunea particulelor, gradul de cristalinitate, dar și de alţi factori cum ar fi timpul de contact dintre cele două faze, valoarea pH-ului mediului, concentraţia ionului metalic în soluţia iniţială, temperatura mediului, cantitatea de sorbent folosită.

O parte din materialele sintetizate au fost testate cu privire la retinerea ionilor metalici din ape de galvanizare

Obiective principale

Obiectivul 3.1. Obṭinerea de diverse sorturi de compozite ale chitosanului (CHIT-HAP) ṣi nanoadsorbanṭi magnetici folosind metode tradiṭionale ṣi neconvenṭionale de sinteză.

Obiectivul 3.2. Caracterizarea structurală a materialelor obṭinute, determinarea propretăṭilor texturale ṣi magnetice ale acestora.

Obiectivul 3.3. Testarea unora dintre materialele preparate în procese de îndepărtare a ionilor metalici din soluţii sintetice mono şi multicomponent de diverse concentraţii, în regim static în vederea stabilirii factorilor ce influenṭează procesul.

Obiectivul 3.4. Realizarea de studii cinetice privind procesele de îndepărtare a ionilor metalici din soluţii sintetice folosind nano și microparticulele de sorbenţi sintetizaţi.

Obiectivul 3.5. Utilizarea nanoadsorbantilor HAP pentru indepartarea ionilor metalici din solutii sintetice si ape uzate din industria miniera si industria acoperirilor galvanice

Obiectivul 3.6. Realizarea unui studiu preliminar de fezabilitate tehnică a soluţiilor propuse pentru remedierea apelor uzate folosind materialele adsorbante sintetizate.

Obiectivul 3.7. Diseminarea pe scara larga prin comunicarea si publicarea nationala sau internationala a rezultatelor

Buget proiect (etapa a III a)

Coordonator CO

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURESTI (UPB)

Director proiectProf. Dr. Claudia Maria Simonescu

139.578,00 lei

Partener P1 INSTITUTUL NATIONAL DECERCETARE-DEZVOLTARE PENTRUINGINERIE ELECTRICA ICPE - CABUCURESTI(INCDIE ICPE-CA)

Responsabil proiectIng. Christu Tardei

130.572,00 lei

Partener P2 INSTITUTUL DE CHIMIE FIZICA -ILIE MURGULESCU (ICF)

Responsabil proiectDr. Daniela C. Culita

72.040,00 lei

Partener P3 KEMCRISTAL SRL (KEM) Responsabil proiectIng. Carmen Deleanu

86.834,00 lei

Partener P4 INSTITUTUL DE STUDII SI PROIECTARI ENERGETICE S.A. BUCURESTI (ISPE)

Responsabil proiectIng.Dr. Marian Dobrin

68.781,00 lei

- S-au sintetizat diverse pulberi compozite micrometrice de chitosan-hidroxiapatita (CHIT-HAP), alginat de calciu, alginat de calciu acoperit cu chitosan ṣi nanoadsorbanṭi magnetici pebaza de magnetita (magnetita – chitosan, magnetită funcţionalizată cu diferite poliamine)folosind metode tradiṭionale (coprecipitare din soluţii apoase).

- Caracterizarea structurală, texturala si morfologica a materialelor obtinute s-a realizat prinspectroscopie in infrarosu, analiză termică, difracṭie de raze X pe pulberi, microscopieelectronică, determinarea suprafeṭei specifice BET, analiza porozimetrică prinadsorbṭie/desorbṭie de azot, respectiv măsurători magnetice.

- S-a efectuat un studiu referitor la influenta tipului de hidroxiapatita utilizata asupracapacitatii de sorbtie si caracteristicilorcompozitelor (CHIT-HAP) obtinute

- Au fost testate pulberi ceramice nanometrice HAP optimizate (dimensiuni medii de cristalitde 30÷54nm (suprafaţă specifică 40÷54m2/g, realizata prin adaosul de dispersant in solutia desinteza si respectiv, prin substitutii izomorfe de Si4+) in solutii sintetice uni- si multi-component, cat si in solutii reale de ape contaminate. S-a evidenţiat în primul rânddependenţa capacităţii de reţinere a Pb2+ de caracteristicile fizico-chimice şi morfologice aadsorbantului (pulberea ceramică HAP).

Rezultate Etapa 3 (2016)

-Evaluarea optimizarii nanoadsorbantilor (calitativ si cantitativ) s-a realizat prin masuratori de DRX, FT-IR, SEM, si masurarea capacitatii de sorbtie prin spectrofotometrie.

-Testele (pentru solutiile uni-component, Pb2+) au demonstrat eficacitatea nano-adsorbantilor, cu un randament de retinere >99% pentru concentratiile de 107mg/L, cat si pentru concentratii de 1000 mg/L.

- S-au realizat studii cinetice privind procesele de adsorbtie a ionilor metalici din soluţii sintetice folosind adsorbantii sintetizati.

- S-a evaluat capacitatea de adsorbtie a nanoparticulelor de ferită de cobalt functionalizate cu chitosan fata de ionii de Pb(II) si Ni(II) din solutii sintetice bicomponent (Pb(II) + Ni(II)).

- S-a evaluat capacitatea de adsorbtie a nanoadsorbantilor magnetici obtinuti prin functionalizarea magnetitei cu diverse poliamine pentru ionii de Cu(II) din solutii sintetice monocomponent.

-Microparticulele de compozite CHIT-HAP au fost testate cu privire la eliminarea ionilor metalelor grele din ape uzate reale de la acoperiri galvanice

- S-a continuat studiul de fezabilitate tehnica a solutiilor propuse, care contine: o analiza tehnico-economica comparativă a metodelor de sinteză a micro şi nanoadsorbanţilor, in baza datelor furnizate de partenerii CO, P1, P2; o analiza tehnico-economica comparativă a soluţiilor tehnologice propuse pentru epurarea apelor uzate impurificate cu ioni metalici; recomandarea celor mai eficiente metode de îndepărtare a metalelor grele din apele uzate industriale, in scopul dezvoltării acestora la faza demicro-pilot.

- Principalele rezultate experimentale obtinute au fost valorificate prin diseminarea pe scara larga prin comunicarea si publicarea nationala si/sau internationala.

Diseminarea rezultatelor Etapa 3

Articole publicate/in curs de publicare in reviste cotate ISI

1. Culiţă D.C., Simonescu C.M., Pătescu, E.-R., Dragne, M., Stanica N., and Oprea O., o-Vanillin functionalized mesoporous silica - coated magnetite nanoparticles for efficient removal of Pb(II) from water, Journal of Solid State Chemistry, 238(2016), 311–320 http://dx.doi.org/10.1016/j.jssc.2016.04.003 WOS:000375635200044 (FI2015 = 2.265)

2. Simonescu C.M., Pătescu, R.-E., Busuioc, L.T., Onose, C., Melinescu, A., Lilea, V., Application of Nano-hydroxyapatite Synthesized by Microwave in Efficient Removal of Lead(II) and Copper(II) from Aqueous Solution, Revista de Chimie, ISSN 0034-7752 67(8), 1498-1503, 6 pg. 2016 (FI2015 = 0.956)

Articole publicate în volumele unor conferinţe internaţionale

cotate ISI

1. Simonescu C.M., Pătescu, R.-E., Busuioc, L.T., Tache, A., Deleanu C, Lead removal from synthetic aqueous solutions by chitosan/hydroxyapatite composites, Conference: 16th International Multidisciplinary Scientific Geoconference(SGEM) Location: Albena, BULGARIA Date: 30 JUN -6 July, 2016 ECOLOGY & ENVIRONMENTAL PROTECTION, ENVIRONMENTAL LEGISLATION, MULTILATERAL RELATIONS & FUNDING OPPORTUNITIES Book 5 – Ecology, Economics, Education and Legislation, VOL 1, Pages: 391 - 399 DOI:10.5593/sgem2016B51., ISBN:978-619-7105-65-0 Published: 2016

2. Simonescu C.M., Tardei, C., Culiţă, D.C., Marinescu, G., Marinescu, V., Facile synthesis, characterization and sorption properties of chitosan/hydroxyapatitecomposites, Conference: 16th International Multidisciplinary Scientific Geoconference (SGEM) Location: Albena, BULGARIA Date: 30 JUN – 6 July, 2016 MICRO & NANO TECHNOLOGIES ADVANCED IN BIOTECHNOLOGY Book 6 –Nano, Bio and Green – Technologies for a Sustainable Future Conference Proceedings VOL 1, Pages: 127 - 134 DOI:10.5593/sgem2016B61., ISBN:978-619-7105-68-1 Published: 2016

Lucrări prezentate sub formă de postere la conferinţe internaţionale – partea I

1. Daniela Cristina Culiţă, Gabriela Marinescu, Claudia Maria Simonescu, RodicaElena Pătescu, Silviu Preda, Nicolae Stănică and Ovidiu Oprea, Polyamine functionalized magnetic nanoparticles for Cu(II) removal from aqueous solutions, ROMPHYSCHEM 16 – 2016 GALAŢI, 21-23 SEPTEMBRIE – POSTER

2. Dana Gingasu, Ioana Mindru, Luminiţa Patron, Daniela Cristina Culiţă, Nicolae Stănică, Silviu Preda, Adelina Ianculescu, Ovidiu Oprea, Claudia Maria Simonescu, RodicaElena Pătescu and Cristian Onose, Chitosan coated-cobalt ferrite nanocomposite for wastewater treatment applications, ROMPHYSCHEM 16 – 2016 GALAŢI , 21-23 SEPTEMBRIE – POSTER

3. Dana Gingasu, Ioana Mindru, Luminiţa Patron, Jose Maria Calderon Moreno, Nicolae Stănică, Oana Cătălina Mocioiu, Silviu Preda, Claudia Maria Simonescu, RodicaElena Pătescu, Cristian Onose and Sultana Niţă, Nanosized cobalt ferrite synthesis by two soft chemistry methods using Hibiscus extract, ROMPHYSCHEM 16 – 2016 GALAŢI, 21-23 SEPTEMBRIE – POSTER

Lucrări prezentate sub formă de postere la conferinţe internaţionale

– partea a II a

4. Christu Ţârdei, Claudia Maria Simonescu, Cristian Onose, Bogdan Alexandru Sava, Lucica Boroica, Dorinel Tălpeanu, Gabriela Sbârcea, Evaluation of lab scale nano-hydroxyapatites for lead ions removal from aqueous solutions, A XII-a Conferinţă de Ştiinţa şi Ingineria Materialelor Oxidice – CONSILOX – 16-19 septembrie 2016 Sinaia – POSTER

5. Noor Edin Mousa, Rodica-Elena Pătescu, Cristian Onose, Vasile Lavric, Claudia Maria Simonescu, Lead removal from aqueous solutions by calcium alginate and chitosan-calcium alginate – a comparative study, SICHEM 2016, Bucharest Romania 8-9 September 2016 – POSTER