Materiale hibride magnetice de tip sol-gel, modificate cu zirconiu, pentru o îndeptărtare avansată a metalelor grele din ape reziduale (zirmagsolgel)
PN-IV-P7-7.1-PED-2024-1069
Poluarea cu metale grele, precum As, Pb, Cr are efecte nocive pentru oameni și ecosistem, prin reducerea cantității de apă potabilă. Materialele adsorbante cu zirconiu sunt eficiente în diminuarea acestui efect de poluare a apelor. Utilizarea acestor materiale sub formă de compozite polimerice s-a dovedit benefică, prin posibilitatea de a se realiza cicluri multiple de decontaminare.
OBIECTIVUL PROIECTULUI
Proiectul ZIRMAGSOLGEL își propune elaborarea de materiale hibride magnetice de tip sol-gel modificate cu zirconiu (SGMPs-Zr). Astfel, nu numai că se realizează o combinare a proprietăților adsorbante cu cele magnetice, dar devine posibilă și o separare magnetică. În cazul materialelor hibride, ce conțin atât fază organică cât și anorganică, un factor esențial îl reprezintă compatibilitatea componentelor. Astfel, în prima etapă, cercetările vor viza obținerea de materiale hibride cu grupări silanice și conținut de magnetită (SGMPs), mai exact, elaborarea unor rețete care să asigure o distribuție uniformă a magnetitei în matricea organică. Ulterior se poate trece la etapa de modificare cu zirconiu.
Validarea noilor materiale hibride se va realiza prin teste, efectuate mai întâi pe ape sintetice, cu un conținut cunoscut al metalelor grele vizate. În etapa următoare se vor testa ape contaminate reale.
Fezabilitatea proiectului este susținută de competențele celor doi parteneri implicați ICECHIM – cunoștințe avansate în obținerea de materiale hibride și în ceea ce privește procedeul sol-gel, și EDAS-EXIM S.R.L.- cunoștințe complementare privind analize specifice de calitate a apei.
REZULTATE
Rezultatele cheie ale proiectului constau în modele experimentale ale materialelor hibride cu grupări silanice și conținut de magnetită (SGMPs) și validarea tehnologiei de laborator inovative de obținere a materialelor hibride modificate cu zirconiu. (SGMPs-Zr); Protocol de laborator privind testarea apelor contaminate;
- 1 cerere de brevet de invenție;
- 3 articole indexate WoS
- 5 comunicări științifice și site-ul Web al proiectului, unde se va putea urmari progresul proiectului.
Proiect finantat de Unitatea Executivă pentru Finanțarea Învățământului Superior,
a Cercetării, Dezvoltării și Inovării-UEFISCDI.
Durata proiectului (24 luni): 03.01.2025-31.12.2026
Bugetul proiectului de la UEFISCDI: 750.000 lei
Co-finantare EDAS-EXIM SRL: 150.000 lei
Director proiect (ICECHIM): Dr. Sandu Teodor
Responsabil proiect (EDAS): Dr. Olaru Andreea
ETAPA I-2025
Cercetare industrială asupra conceptului formulat al tehnologiilor de obținere a materialelor hibride cu conținut de particule magnetice prin procese sol-gel (Sol-Gel Magnetic Particles-SGMPs) și a materialelor hibride de tip SGMPs modificate cu zirconiu (SGMPs-Zr). Studii privind eficiența utilizării zirconiului în remedierea apelor contaminate cu metalele grele vizate precum și validarea SGMPs-Zr pe ape contaminate sintetice.
OBIECTIVE
Obiectivul principal îl reprezintă elaborarea unui model experimental demonstrativ pentru producerea de materiale hibride cu proprietăți magnetice și modificate cu zirconiu, prin procedeul sol-gel, capabile de o îndepărtare avansată a metalelor grele vizate (arsen, plumb și crom).
Act 1.1 – Cercetare industrială asupra obținerii de materiale hibride cu conținut de particule magnetice (SGMPs) prin procese sol-gel
Act 1.2 – Cercetare industrială privind obținerea structurilor oligomerice de tip PET-DA
Act. 1.3 – Teste preliminare de determinare a eficienței zirconiului în decontaminarea unor ape sintetice conținând metalele grele vizate
Act. 1.4 – Stabilirea protocoalelor de testare a materialelor hibride ce se vor dezvolta
Act. 1.5– Demonstrarea funcționalității și validarea tehnologiei de obținere a SGMPs
Act. 1.6– Elaborarea tehnologiei de laborator pentru obținerea SGMPs-Zr
Act. 1.7– Validarea tehnologiei de obținere a SGMPs-Zr
Act. 1.8– Diseminarea rezultatelor
REZUMATUL ETAPEI I
Proiectul ZIRMAGSOLGEL își propune dezvoltarea unei tehnologii de producere a unor materiale hibride inovatoare, anume particule magnetice Sol-Gel modificate cu zirconiu (SGMP-Zr), cu eficiență ridicată de purificare a apelor contaminate cu metale grele, precum arsen, plumb și crom. Elemente de originalitate: (i) integrarea componentei magnetice (magnetita, Fe3O4) pentru prima dată într-o rețea sol-gel, rezultând particule magnetice Sol-Gel (SGMP); (ii) modificarea ulterioară a particulelor SGMP cu zirconiu, cu formare de SGMP-Zr; (iii) îmbinarea sinergică a proprietăților de adsorbție ale zirconiului cu porozitatea materialelor sol-gel, cu efect pozitiv asupra eficienței decontaminării; (iv) posibilitatea de recuperare a adsorbantului uzat în câmp magnetic.
Particulele magnetice au fost produse, utilizând diferiți precursori, diferite variante experimentale (balon/ reactor), în prezența sau absența unui surfactant. Probele de SGMP-Zr și cele de referință (MP, SGMP), au fost caracterizate în ceea ce privește structura chimică (FTIR), morfologia și compoziția chimică (SEM-EDX), dimensiunea particulelor (DLS), porozitatea (BET). Spectrele FTIR confirmă succesul preparării SGMP, prin peak-uri caracteristice atât pentru SG (legăturile Si-O și N-H), cât și pentru magnetită (Fe-O) și succesul modificării cu Zr, prin formarea legăturii Si-O-Zr. De asemenea, imaginile SEM confirmă succesul ambelor etape de modificare a magnetitei cu grupări silanice și de modificare cu Zr, această a doua etapă, producând modificări mai importante ale morfogiei. Totodată, spectrele EDX indică prezența Zr după a doua modificare, care determină și modificări ale dimensiunii particulelor (DLS), cele mai mari dimensiuni corespunzând probelor modificate cu Zr.
Modificarea cu grupări silanice duce la o scădere a ariei suprafeței BET și a ariei suprefeței porilor, în vreme ce modificarea cu Zr duce la o creștere a acestora. În cadrul activității partenerului CO, au fost preparate diamine din PET, fiind realizată o reciclare, concomitent cu dezvoltarea unor compuși ce pot fi utilizați ulterior. Partenerul EDAS-EXIM SRL a elaborat un protocol privind obținerea unor ape sintetice cu conținut cunoscut al metalelor grele vizate și testarea eficienței de decontaminare a materialelor inovatoare care fac obiectul proiectului. S-a constat că toate probele realizează o bună decontaminare, dar probele conținând magnetita preparată in reactor sunt mai eficiente. De remarcat faptul că prezența zirconiului îmbunătățește semnificativ performanțele procesului. Determinările XRF, pe probele solide care au fost în contact cu apele contaminate, au indicat reținerea metalelor grele în material, mai ales în cazul probelor cu Zr.
Obiectivele din cadrul Etapei 1/2025 au fost atinse integral, cu un grad de îndeplinire de 100%.
REZULTATE
Rezultatele obținute în cadrul Etapei I/2025 sunt în concordanță cu obiectivele proiectului și indicatorii de rezultat propuși pentru Etapa 1:
- Modele experimentale ale tehnologiilor de obținere ale SGMP și SGMPs-Zr;
- Protocol de laborator privind testarea apelor contaminate;
- 6 comunicări la conferințe internaționale și naționale;
- 1 articol ISI publicat;
- Creare pagină Web a proiectului.
Rezumatul și rezultatele Etapei I/2025 sunt accesibile pe site-ul proiectului ZIRMAGSOLGEL, Contract 18PED/2025: limba română https://icechim.ro/project/zirmagsolgel-ro/ și limba engleză https://icechim.ro/project/zirmagsolgel-en/.
Pe site-ul proiectului se regăsesc scopul proiectului și obiectivele specifice, rezultatele estimate și indicatorii realizați.
DISEMINARE
Valorificarea rezultatelor cercetării prin publicarea unui articol ISI și participarea la 6 manifestări științifice de specialitate, depășește indicatorii de realizare propuși (2 comunicări științifice și 1 articol ISI trimis):
I. Articole
1. T. Sandu, A. L. Chiriac, A. Zaharia, T. V. Iordache, A. Sârbu, New Trends in Preparation and Use of Hydrogels for Water Treatment, Gels 2025, 11, 238 (Q1).
II. Conferințe
1. T. Sandu, S. V. Dolana, A. Sârbu, E. B. Stoica, A. M. Pană, A. L. Chiriac, A. Zaharia, D. G. Mitrea, I. Atkinson. B. Tsyntsarski, G. Georgiev, Comparison of different methods for delivering spherical magnetic properties, Twelfth National Conference on Chemistry, University of Chemical Technology and Metallurgy, 25-26.09.2025, Sofia, Bulgaria
2. T. Sandu, T. V. Iordache, A. Sârbu, E. B. Stoica, S. V. Dolana, A. G. Olaru, Zirconium- Modified Sol-Gel Hybrid Materials for Advanced Heavy Metal Removal from Wastewater- ZIRMAGSOLGEL, Festival of Innovation and Technological Transfer, November 17th – 20th, 2025, Târgoviște, România (Diploma și Medalia de Aur în cadrul manifestării)
3. A. Sârbu, M. V. Dumitru, A. L. Neagu, A. Zaharia, T. Sandu, O. Pavel, T. V. Iordache, R. Zăvoianu, Hidrogeluri compozite cu rețea semi-interpenetrată și cu HDL, pentru eliberarea controlată a unui fitoextract de topinambur, A XX-a ediţie a conferinţei internaţionale “Zilele Academiei de Științe Tehnice din România – 2025” (ZASTR-2025), cu tema, Energia și materia în industria modernă, organizată la Universitatea „Dunărea de Jos” din Galați, 18-19.09.2025, Galați, România.
4. M. V. Iordănescu (Dumitru), T. V. Iordache, I. C. Gîfu, A. M. Gavrilă, A. L. Chiriac, A. Zaharia, A. Sârbu, S. V. Dolana, I. E. Neblea, T. Sandu, Polymer Membranes Modified with Silanol Moieties, Simpozionul Internațional Prioritățile Chimiei pentru o Dezvoltare Durabilă (PRIOCHEM XXI), 15- 17.10.2025, București, România
5. E. B. Stoica, A. L. Chiriac, A. Zaharia, S. V. Dolana, N. Stănică, T. V. Iordache, A. Sârbu, A. G. Olaru, T. Sandu, Polymer Composites Endowed with Magnetic Features, Simpozionul Internațional Prioritățile Chimiei pentru o Dezvoltare Durabilă (PRIOCHEM XXI), 15- 17.10.2025, București, România.
6. S. V. Dolana, T. V. Iordache, T. Sandu, A. Zaharia, I. E. Neblea, E. B. Stoica, A. Ficai, PET Derived Polyamines for Foams based on Aza- Michael Reaction, Applications of Chemistry in nanosciences and Biomaterials Engineering, NanoBioMat2025- Winter Edition, 26-28.11, București, România.
