Slide 1

Transcriere

1 Proiecte colaborative de cercetare aplicativa, programul Parteneriate Contract nr. 92/ Materiale şi procese inovative pentru îndepărtarea selectivă a metalelor grele din apele uzate (HAP-CHIT-MAG) etapa a II a Director: Prof. dr. Claudia Maria SIMONESCU Durata: 39 luni Valoarea totală a contractului: lei Bugetul de stat: lei Cofinantare: lei

2 ETAPA Optimizarea metodelor de obtinere de nano/microadsorbanti (chitosan reticulat cu glutaraldehida, compozite hidroxiapatita-chitosan, compozite alginat chitosan, nanoadsorbanţi magnetici functionalizati cu organosilani si chitosan). Investigarea posibilitatii de utilizare a materialelor obtinute in procese de indepartare a metalelor grele din solutii sintetice cu compozitii similare cu cele din apele uzate, in regim continuu si discontinuu Perioada de derulare: Buget total Etapa lei (din care cofinantare lei)

3 Rezumat In această etapă a proiectului au fost obţinute micro şi nano-structuri de materiale adsorbante pe bază de chitosan, hidroxiapatită, magnetită funcţionalizată, ferita de cobalt functionalizata cu chitosan, atât prin tehnici specifice ceramice de sinterizare în fază solidă (compuşi microcristalini), cât şi prin tehnici neconvenţionale (precipitare din soluţii apoase şi respectiv, metode sol-gel, în prezenţă de microunde). S-a urmărit obţinerea de pulberi ultrafine cu suprafaţă specifică mare, reactivitate chimică crescută şi capacitate mare de sorbţie a metalelor grele (Pb(II), Cu(II), Ni(II) şi Zn(II)) din soluţii apoase sintetice mono si multicomponent. A fost evaluata capacitatea de a retine metalele grele din soluţiile apoase sintetice 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.

4 Obiective principale Obiectivul 2.1. Obṭinerea de diverse sorturi de pulberi nano ṣi micrometrice de hidroxiapatită, copolimeri ai chitosanului, compozite ale chitosanului ṣi nanoadsorbanṭi magnetici folosind metode tradiṭionale ṣi neconvenṭionale de sinteză. Obiectivul 2.2. Optimizarea metodelor de sinteza prin adăugarea de dispersanţi, surfactanţi şi realizarea de substituţii izomorfe în scopul modificării caracteristicilor materialelor precum, compoziţia mineralogica, forma si dimensiunea particulelor, gradul de cristalinitate, pentru creşterea performanţei de reţinere a metalelor grele din soluţii apoase sintetice şi ape uzate reale Obiectivul 2.3. Functionalizarea sistemului magnetită - silice poroasă (Fe 3 O cu molecule capabile să determine creşterea capacităţii de adsorbţie a metalelor grele din soluţii apoase şi ape uzate reale Obiectivul 2.4. Obţinerea feritei de cobalt functionalizata cu chitosan prin metoda feritizării pe cale umedă, in vederea cresterii capacitatii de adsorbtie a metalelor grele din solutiile apoase sintetice Obiectivul 2.5. Caracterizarea structurală a materialelor obṭinute, determinarea propretăṭilor texturale ṣi magnetice ale acestora.

5 Obiectivul 2.6. Realizarea unui studiu sistematic privind factorii implicaţi în procesele de sinteză în vederea optimizării și dezvoltării acelor metode de sinteză care să conducă la materiale (la scară nano şi micro) inovative cu aplicaţii în remedierea mediilor contaminate. Obiectivul 2.7. Testarea unora dintre materialele preparate în procese de îndepărtare a ionilor metalici din soluţii sintetice mono şi multicomponent de diverse concentraţii, în regim static și dinamic, în vederea stabilirii factorilor ce influenṭează procesul. Obiectivul 2.8. Realizarea de studii cinetice privind procesele de îndepărtare a ionilor metalici din soluţii sintetice folosind nano și microparticulele de sorbenţi sintetizaţi. Obiectivul 2.9. Realizarea unui studiu preliminar de fezabilitate tehnică a soluţiilor propuse pentru remedierea apelor uzate folosind materialele adsorbante sintetizate.

6 Buget proiect (etapa a II a) Coordonator CO UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURESTI (UPB) Partener P1 INSTITUTUL NATIONAL DE CERCETARE-DEZVOLTARE PENTRU INGINERIE ELECTRICA ICPE - CA BUCURESTI (INCDIE ICPE-CA) Partener P2 INSTITUTUL DE CHIMIE FIZICA - ILIE MURGULESCU (ICF) Director proiect Prof. Dr. Claudia Maria Simonescu Responsabil proiect Ing. Christu Tardei Responsabil proiect Dr. Daniela C. Culita Partener P3 KEMCRISTAL SRL (KEM) Responsabil proiect Ing. Mioara Dragne Partener P4 INSTITUTUL DE STUDII SI PROIECTARI ENERGETICE S.A. BUCURESTI (ISPE) Responsabil proiect Ing.Dr. Marian Dobrin lei lei lei lei lei

7 Rezultate Etapa 2 (2015) - S-au sintetizat diverse pulberi nano- ṣi micrometrice de hidroxiapatită, chitosan reticulat cu glutaraldehida, compozite chitosan-hidroxiapatita ṣi nanoadsorbanṭi magnetici pe baza de magnetita functionalizata, respectiv ferita de cobalt in prezenta de chitosan) folosind metode tradiṭionale (sinterizare în fază solidă) ṣi neconvenṭionale de sinteză (coprecipitare din soluţii apoase, sol-gel). - Caracterizarea structurală, texturala si morfologica a materialelor obtinute s-a realizat prin spectroscopie in infrarosu, analiză termică, difracṭie de raze X pe pulberi, microscopie electronică, determinarea suprafeṭei specifice BET, analiza porozimetrică prin adsorbṭie/desorbṭie de azot, respectiv măsurători magnetice. - S-a constatat ca forma, marimea si suprafata specifica a pulberilor nanometrice este foarte sensibila la variabilele procesului de sinteza. - S-a efectuat un studiu referitor la influenta concentratiei de glutaraldehida (agent de reticulare) asupra caracteristicilor texturale si capacitatii de sorbtie a copolimerilor sintetizati. -S-a realizat un studiu referitor la influenta tipului de HAP sintetizata asupra capacitatii de sorbtie si a caracteristicilor compozitelor obtinute. - S-a realizat un studiu cu privire la influenta dispersantului si a surfactantului asupra dimensiunii si capacitatii de sorbtie a nanoparticulelor de HAP sintetizate. Datorita dimensiunii nanometrice a pulberii ceramice HAP exista o puternică tendinţă de aglomerare (confirmat din etapa anterioara prin masuratori SEM si DRX); pentru a reduce aceasta tendinta s-a utilizat dispersant (Na-PAA) in proportie de %.

8 -S-a realizat un studiu privind substitutia cu Si a P din nano-hap in scopul optimizarii adsorbantului in ceea ce priveste suprafata specifica si capacitatea de sorbtie. Prin natura sa, HAP este un compus stabil, greu solubil in mediu apos. Cresterea resorbtiei/ solubilitatii s-a realizat prin substitutii ionice precum (SiO 4 ) pentru pozitia (PO 4 ); realizarea neutralitatii compusului se realizeaza prin vacante de (OH), conform compusului: Ca 10 (PO 4 ) 6-x (SiO 4 ) x (OH) 2-x -S-a realizat un studiu in care s-a utilizat drept agent de ne-aglomerare APV (sol. 5%), cu rol in reducerea dimensiunii medii de cristalit si realizarea unei morfologii controlate. Au fost realizate compozitii de nano-hap (elaborat prin precipitare) cu adaosuri de 3,5 si respectiv, 7% APV. - A fost functionalizat sistemul magnetita - silice poroasa (Fe 3 O cu molecule organice capabile sa determine cresterea capacitatii de adsorbtie a metalelor grele din solutiile apoase si testarea acestora pe solutii sintetice - S-au obtinut nanoparticule de ferită de cobalt functionalizate cu chitosan prin metoda feritizarii pe cale umeda, in doua variante, si s-a evaluat capacitatea de adsorbtie a acestora din solutii sintetice

9 - S-a realizat un studiu sistematic privind factorii implicaţi în procesele de sinteză în vederea optimizării și dezvoltării acelor metode de sinteză care să conducă la materiale inovative cu aplicaţii în remedierea mediilor contaminate. - O parte din materialele sintetizate (microparticule de chitosan modificat chimic cu glutaraldehida, micro/nanoparticule de hidroxiapatita, compozite ale chitosanului, magnetita functionalizata, ferita de cobalt functionalizata cu chitosan) au fost testate în procese de îndepărtare a ionilor metalici din soluţii sintetice de diverse concentraţii în regim static și dinamic în vederea stabilirii factorilor care influenţeaza procesul de adsorbtie. S-au folosit in acest sens atat solutii monocomponent, cat si solutii multicomponent. - S-au realizat studii cinetice privind procesele de adsorbtie a ionilor metalici din soluţii sintetice folosind adsorbantii sintetizati.

10 -S-a realizat un studiu privind sorbţia Pb(II) şi Cu(II) pe nano-hap obtinuta in prezenta de microunde din soluţii binare. Rezultatele obtinute au aratat ca procesul de sorbtie urmează o cinetică de pseudo-ordin II, deci este un proces chimic. Valoarea capacității de sorbție recomandă nano-hap ca adsorbant eficient al Pb (II) și Cu (II) din soluții apoase binare și ape uzate. Selectivitatea acestui sorbent urmează seria Pb (II)> Cu (II)). - Microparticulele de chitosan-glutaraldehida si nanoparticulele de HAP obtinuta in prezenta de microunde au fost testate cu privire la retinerea ionilor metalici de Pb(II), Ni(II), Zn(II) si Cu(II) din solutii multicomponent. S-a stabilit in cazul nanoparticuellor de HAP urmatoarea serie de selectivitate Pb(II) > Cu(II) > Zn(II) > Ni(II), iar in cazul microparticulelor de CHIT-GLA seria de selectivitate este: Cu(II) > Zn(II).> Ni(II) > Pb(II). - S-a realizat un studiu preliminar 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 tehnicoeconomica 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 de micro-pilot.

11 Diseminarea rezultatelor Etapa 2 Articole publicate / in curs de publicare in reviste cotate ISI 1. Culiţă Daniela C., Simonescu Claudia Maria, Dragne Mioara Stănică Nicolae, Munteanu Cornel, Preda Silviu, Oprea Ovidiu, Effect of surfactant concentration on textural, morphological and magnetic properties of CoFe 2 O 4 nanoparticles and evaluation of their adsorptive capacity for Pb(II) ions Ceramics International 41, , 2015; WOS: IF 2014 = Simonescu Claudia Maria, Tătăruş Alina, Târdei Christu, Patroi Delia, Dragne Mioara, Culiţă Daniela C., Pătescu Rodica-Elena, Busuioc Teodor Laurenţiu, Melinte Ioana, Nano and Micro-Hydroxyapatite for Lead Removal from Wastewater, Revista de Chimie, ISSN (5), pp , 2015; WOS: IF 2014 = Laurenţiu Teodor Busuioc, Simonescu Claudia Maria, Rodica-Elena Pătescu, Onose Cristian, Melinte Ioana, Camelia Căpăţină, Ramona Amina Popovici, Tiberiu Cristea, The kinetic and modeling study of zinc sorption onto chitosan-glutaraldehyde beads, Revista de Chimie, ISSN (11), pp , 2015; IF 2014 = B. A. Sava, Christu Tardei, Claudia Maria Simonescu, L. Boroica, Alina Melinescu,Hydroxyapatite nanopowders obtained by sol-gel method synthesis and properties, Optoelectronics and Advanced Materials-Rapid Communications, acceptata -in curs de publicare IF 2014 = 0.394

12 Articole publicate în volumele unor conferinţe internaţionale cotate ISI 1. Simonescu Claudia Maria, Busuioc Laurenţiu, Lilea Veronica, Dragne Mioara., Tardei Christu, Copper removal from synthetic aqueous solutions by chemically modified beads of chitosan, 15th International Multidisciplinary Scientific Geoconference SGEM2015, Ecology, Economics, Education and Legislation volume 1, pg ; June 2015, Albena, Bulgaria ISBN , DOI: /sgem2015B Simonescu Claudia Maria, Melinescu Alina, Melinte Ioana, Pătescu Rodica-Elena, Dragne Mioara, Copper removal from synthetic aqueous solutions by hydroxyapatite granules synthesized using microwave heating, 15th International Multidisciplinary Scientific Geoconference SGEM2015, Ecology, Economics, Education and Legislation volume 1, pg ; June 2015, Albena, Bulgaria ISBN , DOI: /sgem2015B51

13 Lucrări prezentate sub formă de postere la conferinţe internaţionale partea I 1. Tardei Christu, Simonescu Claudia Maria, Grigore F., Tălpeanu D., Dragne Miora, Experimental Study on Efficiency of Different Synthetic Hydroxyapatite Powders for Lead Removal from Aqueous Solutions, The 8 th International Conference on Advanced Materials ROCAM 2015, 7-10 July Bucharest Romania, Abstract Book, pg. 126 ISSN , Editura Granada 2015 (poster) 2. Sava Bogdan A., Tardei Christu, Simonescu Claudia Maria, Cucos A., Boroica L., Hydroxyapatite Nanopowders Obtained by Sol-Gel Method, Synthesis and Properties, The 8 th International Conference on Advanced Materials ROCAM2015, 7-10 July Bucharest Romania, Abstract Book, pg. 13 ISSN , Editura Granada 2015 (poster) 3. Grigore Florentina, Lungu Magdalena, Talpeanu Dorinel, Velciu Georgeta, Patroi Delia, Sbarcea Beatrice Gabriela, Marinescu Virgil, Tardei Christu, Dumitru Alina, Hydroxyapatite prepared by spark plasma sintering, The 8th International Conference on Advanced Materials, ROCAM 2015, 7-10 July 2015, Bucharest, Romania, Abstract Book, pg. 86, ISSN Editura Granada 2015 (poster) 4. Simonescu Claudia Maria, Melinescu Alina, Melinte Ioana, Pătescu Rodica-Elena, Busuioc Teodor Laurenţiu, Dragne Mioara, Kinetics and Equilibrium Studies for Lead and Copper Removal from Binary Systems by Hydroxyapatite Synthesized by Microwave Irradiation, 19 th Romanian International Conference on Chemistry and Chemical Engineering, 2-5 September, Sibiu, Romania, submission ID: S5-10P 2015 (poster)

14 Lucrări prezentate sub formă de postere la conferinţe internaţionale partea a II a 5. Pătescu Rodica-Elena, Simonescu Claudia Maria, Melinte Ioana, Busuioc Teodor Laurenţiu, Dragne Mioara, Târdei Christu, Zinc Removal from Aqueous Solutions Using Chitosan- Glutaraldehyde Beads, 19 th Romanian International Conference on Chemistry and Chemical Engineering, 2-5 September, Sibiu, Romania, submission ID: S5-13P 2015 (poster) 6. Culiţă Daniela Cristina, Marinescu Gabriela, Simonescu Claudia Maria, Dragne Mioara, Patron Luminiţa, Mîndru Ioana, Preda Silviu, Stănică Nicolae, Oprea Ovidiu, Functionalised Mesoporous Silica-Coated Magnetite Nanoparticles for Efficient Removal of Pb2+ From Water, 19 th Romanian International Conference on Chemistry and Chemical Engineering, 2-5 September, Sibiu, Romania, submission ID: S5-196P 2015 (poster) 7. Culiţă Daniela Cristina, Marinescu Gabriela, Simonescu Claudia Maria, Dragne Mioara, Patron Luminiţa, Gingaşu Dana Mihaela, Stănică Nicolae, Munteanu Cornel, Preda Silviu, Oprea Ovidiu, CTAB-Assisted synthesis of CoFe 2 O 4 Nanoparticles with Controlled Mesoporosity. Evaluation of Pb 2+ Removal Capacity from Aqueous Solution, 19 th Romanian International Conference on Chemistry and Chemical Engineering, 2-5 September, Sibiu, Romania, submission ID: S5-195P 2015 (poster)

15 Lucrări prezentate sub formă de comunicări orale la conferinţe/simpozioane naţionale 1. Bogdan A. Sava, Christu Țârdei, Claudia M. Simonescu, Lucica Boroica, Alina Melinescu, Nanopulberi hidroxiapatitice obținute prin metoda sol-gel. sinteză și proprietăți, Al XII-lea SIMPOZION NAŢIONAL PULBERI CERAMICE Bucureşti organizat de Societatea Română de Ceramică, Institutul de Chimie Fizică al Academiei Române şi Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti Articolul: Culiţă Daniela C., Simonescu Claudia Maria, Dragne Mioara, Stănică Nicolae, Munteanu Cornel, Preda Silviu, Oprea Ovidiu, Effect of surfactant concentration on textural, morphological and magnetic properties of CoFe 2 O 4 nanoparticles and evaluation of their adsorptive capacity for Pb(II) ions Ceramics International 41, , 2015; WOS: IF 2014 = 2.605