Rezumatul Etapei 2 (2022)

În cadrul Etapei II (2022) a proiectului intitulat Soluţii inovative și sustenabile pentru eliminarea poluanților prioritari și emergenți prin procese de epurare avansată a apelor uzate (SUSTINWATER) au fost prevăzute un număr de 3 activități de cercetare stiintifica. Toate activitățile au fost realizate complet și la timp, ceea ce a condus la îndeplinirea obiectivelor pentru anul 2022 și la realizarea și depășirea indicatorilor de proiect. O descriere sintetică a principalelor activități desfășurate în această etapă este prezentată în următoarele paragrafe.

Prima activitate a Etapei II (A2.1) a proiectului constă în monitorizarea indicatorilor generali și ai concentrațiilor poluanților prioritari ai efluentului stației de epurare a apelor uzate municipale din Iași și ai unor ape de suprafață. Această activitate a fost realizată în timp de șase luni, în perioada februarie – iulie 2022. Probele de efluent au fost analizate în cadrul Laboratorului de Analiză și Control Factori de Mediu-LACMED, acreditat pentru 17 indicatori de către Asociația de Acreditare din România în conformitate cu SR EN ISO/CEI 17025:2018 (certificat RENAR LI 1054, emis in data de 18.03.2015 si actualizat in data de 09.11.2020.).

A doua activitate a acestei etape (A2.2) a avut ca obiectiv investigarea capacității de sorbție a celor 12 materiale compozite (opt sorbenți prin metoda strat-după-strat (LbL) și patru sorbenți prin depunere de coacervat (one-pot)) sintetizate în etapa precedentă a proiectului. Toți acești sorbenți compoziți au fost mai întâi testați in regim static pentru adsorbtia metalelor grele (ioni de Cd²⁺, Pb²⁺ și Ni²⁺) din apa uzată. Pentru determinarea caracteristicilor procesului de sorbție a ionilor de Cd²⁺, s-a studiat influența mai multor parametri (pH, concentrație inițială, timp de contact). Modelarea datelor cinetice și la echilibru a fost realizată prin regresie neliniară, aplicând metodologia sumei normalizate a erorilor și a criteriului informațional. O caracteristică comună a materialelor compozite polielectrolitice obținute prin metoda LbL este scăderea rapidă a eficienței de îndepărtare cu creșterea concentrației inițiale de ioni metalici, indicând adecvarea acestor sorbenți pentru ape cu concentrații reduse de poluanți. Sorbenții compoziți obținuți prin metoda depunerii de coacervat (one-pot) au prezentat performanțe de sorbție superioare, obținând eficiențe de reținere între 35% și 99.9% pentru un interval de concentrație inițială de 2-130 mg Cd²⁺/L. Comparativ cu metoda LbL, această metodă de sinteză prezintă mai multe avantaje, printre care facilitate, rapiditate și o cantitate mai mare de fracție organică depusă într-o singură etapă. Capacitățile maxime de sorbție obținute depind de cantitatea de grupe funcționale, adică sunt proporționale cu cantitatea de polielectroliți depusă pe miezul de silice. O altă caracteristică practică importantă a unui bun sorbent este capacitatea sa de regenerare, mai exact, potențialul de reutilizare. Sorbenții compoziți de tip coacervat au putut fi reutilizați în trei cicluri consecutive de adsorbție-desorbție, cu o scădere a eficienței de reținere a ionilor metalici mai mică de 18%.

Evaluarea performanțelor sorbenților sintetizați a fost realizată pentru sistem bi-component anorganic (ioni de Pb²⁺ sau Cd²⁺) + organic (diclofenac de sodiu (DCF-Na) sau eritromicină (ERY)), în două configurări ale procesului de sorbție: secvențială și simultană. IS/(PEI-PMAA)_c (r=1.0) își menține abilitatea de sorbție a DCF-Na după 6 etape de sorbție secvențială, în timp ce capacitatea de reținere a ionilor de plumb din soluție scade. Studiul de sorbție simultană a ERY și a ionilor de plumb a avut ca obiectiv obținerea valorilor optime ale unor factori de influență cu ajutorul metodologiei suprafeței de răspuns. Au fost realizate 20 de experimente, variind concentrația inițială a poluanților și timpul de contact între faza lichidă și cea solidă.

În cadrul celei de-a treia activități de cercetare (A2.3) a fost realizat un studiu de evaluare a ciclului de viață (ECV) pentru analiza performanței de mediu a materialelor sintetizate. Obiectivul general al studiului a fost acela de evalua performanța tehnică și de mediu a doi sorbenți compoziți, IS/(PEI/PAA)_4.5 (r = 0.1) și IS/(PEI/PAA)_c (r = 1.0), utilizați la eliminarea ionilor de Cd²⁺ din fluxuri apoase. S-au considerat două unități funcționale: 1g material compozit sintetizat și respectiv 1 mg ioni Cd²⁺ eliminați. La stabilirea limitelor sistemului au fost luate în considerare toate fluxurile materiale și de energie care intră în procesele de sinteză studiate, precum și fluxurile de ieșire (sub formă de produse – microparticulele de compozite și poluanți – sub formă apă uzată). Pentru evaluarea impactului ciclului de viață a fost aleasă o metodă de evaluare consacrată (Recipe 2016). Profilurile de mediu pentru obținerea a 1g material compozit arată contribuția semnificativă a particulei suport din silice poroasă în toate categoriile de impact, datorită ponderii foarte mari a masei de silice în masa totală a compozitului. Pe lângă aceasta, fluxul care contribuie semnificativ în majoritatea categoriilor este poli(etilenimina), în timp ce obținerea apei ultrapure generează impacturi în categoriile legate de eutrofizare, iar celelalte substanțe chimice au o contribuție limitată. Trebuie precizat faptul că pentru ambele sinteze nu se consumă deloc energie (nici electrică și nici sub formă de căldură). Atunci când se compară cele două materiale considerând cantitatea specifică de poluant eliminată, diferențele de performanță de mediu dintre cei doi sorbenți sunt mai mult decât evidente și sinteza de tip coacervat (one-pot) are o performanță net superioară. Acestea se datorează faptului că materialul sintetizat prin metoda one-pot are o capacitate de sorbție mult mai mare pentru ionii de cadmiu. Au fost propuse și câteva scenarii pentru a evalua diverse oportunități de proiectare ecologică (înlocuirea materialelor toxice și a substanțelor chimice, modificarea parametrilor operaționali etc.).

go to top

Indicatori de rezultat

Articole știintifice

Bucatariu F., Petrila L-M, Teodosiu C*., Mihai M*, 2022. Versatile nanostructured SiO₂/cross-linked polyelectrolyte composites for emerging pollutants removal from aqueous media, Comptes Rendus Chimie pag: 1-14, DOI: https://doi.org/10.5802/crchim.171, (Q3, IF=2.550, ISI Web of Science) (raportat in 2021 si actualizat in 2022).

Morosanu I., Paduraru C., Bucatariu F., Fighir D., Mihai M.*, Teodosiu C*, 2022. Shaping polyelectrolyte composites for heavy metals adsorption from wastewater: experimental assessment and equilibrium studies, Journal of Environmental Management, 321, 115999, DOI: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2022.115999 (Q1, IF=8.910, ISI Web of Science)

Ciobanu R., Teodosiu C.*, Almeida C.M.V.B., Agostinho F., Giannetti B.F., 2022. Sustainability Analysis of a Municipal Wastewater Treatment Plant through Emergy Evaluation. Sustainability. 14(11):6461. DOI: https://doi.org/10.3390/su14116461 (Q2, IF=3.889, ISI Web of Science).

Petrila L.-M., Gradinaru V.R., Bucatariu F., Mihai, M.*, 2022. Polymer/Enzyme Composite Materials – Versatile Catalysts with Multiple Applications, Chemistry, 4(4), 1312-1338; https://doi.org/10.3390/chemistry4040087 (indexat in BDI: Scopus, ESCI (Web of Science), CAPlus / SciFinder)

Alte publicatii:

Carti/capitole de carti publicate in edituri internationale

Bârjoveanu G., Teodosiu C., Mihai M., Moroșanu I., Fighir D., Vasiliu A-M., Bucatariu F. 2022. Life cycle assessment for eco-design in product development, Chapter of the Book: Assessing the sustainability progress: frameworks, tools and case studies, Editors: Teodosiu C., Fiore S., Hospido A. (Elsevier contract no. 846739), published by Elsevier Netherlands, ISBN: 978-0-323-85851-9, pages: 247-271 (25 pages), DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-323-85851-9.00012-2 (raportat in 2021 si publicat in 2022)

Comunicari stiintifice

Ciobanu R., Morosanu I., Fighir D., Paduraru C., Bucatariu F., Mihai M., Teodosiu C.*, 2022. Equilibrium studies for the removal of Cd²⁺ ions from wastewater using silica/polyelectrolyte multilayer core-shell composites, 6th International Conference on Chemical Engineering Innovative Materials and Processes for a Sustainable Development (ICCE6), October 5 – 7, 2022 – online

Barjoveanu G., F., Teodosiu C., Morosanu I., Fighir D., Bucatariu F., Mihai M. 2022. Life cycle assessment as support tool for development of novel materials used in environmental applications, 1st International Conference on Sustainable Chemical and Environmental Engineering (SUSTENG), 31.08.-04.09.2022, Rethymno, Crete, Greece.

Morosanu I., Paduraru C., Bucatariu F., Fighir D., Mihai M., Teodosiu C., 2022. Immobilization of cadmium ions from wastewater onto polyelectrolyte composite sorbents, 12th International Conference on Materials Science & Engineering (BRAMAT 2022), 09-12.03.2022, Brasov, Romania

Mihai M., 2022. Polyelectrolyte-based architectures for targeted applications in water cleaning and medicine, 20th National Symposium Polymers 2022 open to International Participation (POLYMERS 2022), Velingrad, Bulgaria, 5-8.07.2022 (keynote invitat)

Mihai M., 2022. Polyelectrolytes in multicomponent systems. Application in water cleaning and medicine, Conferinta Nationala de Chimie, 04-07.10.2022, Calimanesti Caliulata, Romania (conferinta plenara)

Mihai M., 2022. (Multi)functional ionic polymers. synthesis, materials design, application, Conferinta New Trends and Strategies in the Chemistry of Advanced Materials with Relevance in Biological Systems, Technique and Environmental Protection, 20-21.10.2022, Timișoara, România (conferinta plenara)

Stagii de cercetare:

Stagiu de cercetare realizat de către doamna dr.habil. Marcela Mihai în perioada 17.09.2022-01.10.2022 la Theoretical and Physical Chemistry Institute, National Hellenic Research Foundation, Atena, Grecia.

Workshop-uri

go to top