COFUND-BLUEBIO-BIOSHELL

“Reciclarea deseurilor de carcase de crustacee pentru dezvoltarea unor composite biodegradabile dedicate curatarii apelor uzate”

Partenerii proiectului si institute:

Director de proiect:

CS I. Dr. Eng. RADU Anita-Laura, Advanced Polymer Materials and Polymer Recycling Group, Polymers Department,

Coordonator:

Institutul National de Cercetare & Dezvoltare pentru Chimie si Petrochimie– ICECHIM, Bucuresti, Romania (www.icechim.ro)

Responsabil Proiect:

CS III. Dr. biochim. Andreea Gabriela OLARU, Director of the R&D Dept. and Quality Dept., S.C. EDAS-EXIM S.R.L. ,

Prof. Dr. Artur Jose Monteiro VALENTE, Universitatea din Coimbra, Facultatea de Stiinta si Tehnologie – Departamentul de Chimie,

Dr. Alexandre Cabral CRAVEIRO, Brinova Bioquimica Lda.,

Prof.Dr.eng. Lisa PARUCH, Professor at Environment and Natural Resources Division,

Parteneri:     

S.C. EDAS-EXIM.SRL, Bucharest, Romania, http://www.edas.ro 

University of Coimbra, Faculty of Science and Technology, Coimbra, Portugal, http://www.uc.pt 

  

Brinova Bioquimica Lda., Évora, Portugalia, http://www.brinova.eu

Norwegian Institute of Bioeconomy Research –NIBIO, Division of Environment and Natural Resources As, Norway, http://www.nibio.no

Agentii Nationale de Finantare:

Unitatea executiva pentru finantarea invatamantului superior, a cercetarii, dezvoltarii  si inovarii (UEFISCDI): https://www.uefiscdi.ro/

UEFISCDI si CE: 250 000 €

Co-finantare EDAS-EXIM. SRL 30.000 €

The Research Council of Norway: https://www.forskningsradet.no/

RCN si CE: 489000 €

Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT): http://www.fct.pt/

FTC si CE: 99.431 €

Co-finantare University of Coimbra: 88.122 €

Co-finantare BRINOVA Lda: 84.000 €

Durata proiectului: 36 luni (inceput: 10 Aprilie 2020)

Abstract

Deșeurile din agricultură și pescuit produc efecte nocive asupra mediului și implicit asupra oamenilor. Dar, multe dintre aceste deșeuri pot fi reciclate. Una dintre problemele globale actuale se referă la minimizarea producției de deșeuri, la tratarea eficientă a apelor uzate, la producerea de produse alimentare biosecurizate și la reducerea pericolelor cauzate de expunerea la agenți patogeni. Majoritatea microorganismelor amenințătoare, în special agenți patogeni emergenți, derivă din apele uzate. Mai mult, reziduurile de antibiotice prezente în apele uzate conduc agenți patogeni bacterieni la dezvoltarea genelorrezistente la antibiotice (ARGs). În plus, metalele grele sunt printre cei mai nocivi poluanți non-microbieni datorită toxicității lor pentru om. BIOSHELL își propune soluționarea sinergică a problemelor economice, de mediu și de sănătate. Proiectul se concentrează pe utilizarea deșeurilor din prepararea alimentelor marine, cum ar fi carcasele de crustacee, în dezvoltarea unor nanocompozite inorganic-organice de tip hidrogel, inovatoare și eficiente, adecvate pentru a facilita tehnologiile durabile de purificare a apelor uzate tintite spre retenția de metale grele, eliminarea antibioticelor, eliminarea de poluantilor emergenti, EP-uri și ARG-uri.

Obiective

Hidrogeluri functionalizate bazate pe biopolimeri,obtinuti pornind de la deșeurile de crustacee, se vor dezvolta pentru a servi la retentia metalelorgrele si a antibioticelor din ape, dar si pentru tratarea anti-bacteriena a apelor. Aceste materiale competitive se refera la polimeri imprentati ionic (IIP) sau polimeri imprentati moleculari (MIP). Materialele dezvoltate vor beneficia de noi metodologii de sinteză aplicate pentru chelarea nanocompozitelor pe baza de chitosan și pentru grefarea chimică a unor suprafete hibride bactericide. Dezvoltarea de noi abordări pentru valorificarea deseurilor de crustacee, prin intermediul biohidrogelurilor funcționalizate, vaimbunatati strategiile de tratare a apelor uzate, la fata locului, în spatiul UE. Regenerarea noilor agenți de baza de biopolimeri este, de asemenea, vizată.

Rezultate Estimative:

Consortiu:

(i) 6 lucrari stiintifice ISI;

(ii) 2 cereri de brevet;

(iii) 6 comunicari stiintifice la Simpozioane prestigioase ;

(iv) 3 workshop-uri organizate;

(v) 1 participare la saloane de inventica;

(vi) Site-ul proiectului.

Acknowledgement:

Project Partners would like to thank the EU and (UEFISCDI, RCN and FCT) for funding, in the frame of the collaborative international consortium (BIOSHELL) financed under the ERA-NET BlueBio Cofund Call 2019. This ERA-NET BlueBio is an EU funded network sustained by the FFG – Austrian Research Promotion Agency.

ETAPA I Studii de obtinere a chitosanului brut si a materialelor pe baza de chitosan

PERIOADA: 10.04.2020-31.12.2020

OBIECTIVE

Act 1.1 – Obținerea chitosanului pornind de la chitina comerciala si obtinerea chitosanului brut pornind de la chitina extrasa din deșeurile precondiționate ale crustaceelor. Rezultate: Model experimental pentru obtinerea chitosanului.

Act 1.2 – Studii privind obținerea perlelor MIP pe baza de chitosan (via chitina comerciala)

pentru retentia de antibiotice. Rezultate: Concept perle MIP.

Act 1.3 – Studii privind sinteza hidrogelurilor antibacteriene pe bază de chitosan (via chitina comerciala) si săruri cuaternare de amoniu. Rezultate: Concept hidrogeluri antibacteriene.

Act 1.4 –Caracterizarea materiilor prime, a intermediarilor și a materialelor finale. Rezultate: 3 Rapoarte de caracterizare.

Act 1.5 – Comunicarea rezultatelor existente ale partenerilor de proiect prin organizarea unei intalniri de demararea a proiectului la sediul Coordonatorului de Proiect. Rezultate: Raport al diseminarii, comunicarii si al deplasarilor.

REZUMAT

Studiul de cercetare a avut ca obiectiv principal studii de obtinere a chitosanului brut si a materialelor pe baza de chitosan, pornind de la chitina comerciala, si urmarirea efectelor asupra proprietatilor finale. In acest sens, au fost

stabilite urmatoarele obiective secundare:

OS1. Obtinerea chitosanului pornind de la chitina comerciala si obtinerea chitosanului brut pornind de la chitina extrasa din deseurile preconditionate ale crustaceelor. Caracterizarea fizico-chimica a materiilor prime, a intermediarilor si a materialelor finale.

OS2. Studii privind obtinerea perlelor MIP pe baza de chitosan (via chitina comerciala) pentru retentia de antibiotice. Caracterizarea fizico-chimica a materiilor prime, a intermediarilor si a materialelor finale.

OS3. Studii privind sinteza hidrogelurilor antibacteriene pe baza de chitosan (via chitina comerciala) si saruri cuaternare de amoniu. Caracterizarea fizico-chimica si bacteriologica a materiilor prime, a intermediarilor si a materialelor finale.

OS1. Pentru obtinerea chitosanului din chitina comerciala s-au folosit doua metode de sinteza in care s-a variat procentul de NaOH. Pentru obtinerea chitosanului procesul de deacetilare a presupus omogenizarea chitinei cu NaOH intr-un balon cu fund rotund de 250 mL. Suspensia a fost refluxata sub agitare iar chitosanul obtinut a fost spalat pana la pH-ul filtrantului neutru. Probele de chitosan sintetizate in laborator au fost comparate cu un chitosan comercial (Ccom) de masa moleculara medie, caz in care au fost constatate similaritati atat in cazul analizei FTIR cat si TGA. De altfel, rezultatele au fost comparate cu mostra de chitina comerciala care a fost utilizata ca materie prima in sinteza chitosanului.

Imaginile Micro-CT si gradele de deacetilare obtinute din analiza RMN pentru chitosanul sintetizat au fost insa diferite comparativ cu mostra de chitosan comercial. Chitosanul sintetizat in laborator a indicat un grad de deacetilare de peste 86% comparativ cu cel comercial de 75% iar gradul de compactare al chitosanului sintetizat a fost mai mic, dovada fiind analiza Micro-CT ce a indicat spre un material cu porozitate intrinseca marita fata de referinta comerciala.

OS2. Studiul privind obtinerea perlelor MIP pe baza de chitosan a permis obținerea de informați cu privire la producerea de perle hibride sau granule cu aplicații în reținerea de antibiotice din apele reziduale. In acest sens, au fost obtinute criogeluri imprentate molecular, pe bază de chitosan și bioceluloză pentru reținerea de penicilina. Astfel, au fost obținute criogeluri pe bază de chitosan – neimprentate și imprentate molecular (4 serii de perechi NIP/MIP).

Prin studiul gradelor de gonflare s-a dovedit faptul că toate criogelurile adsorb foarte multa apa, dar si faptul ca o parte dintre acestea se fragmenteaza datorita rezistentei mecanice scazute (gelurile fiind reticulate fizic cu carbonat acid de amoniu). Analiza UV-Vis a permis evidentierea gradului de spălăre/extractie a penicilinei pentru criogelurile obtinute. De altfel, a dovedit si faptul ca proba MIP a re-adsorbit de 5,24 mai specific penicilina fata de criogelul de referinta NIP.

Analiza termică a dovedit de asemenea că imprentarea a avut loc pentru toate seriile MIP si a subliniat diferente de stabilitate intre probele obtinute cu chitosanul comercial si cu cel sintetizat in laborator. In etapa urmatoare se va optimiza metoda de obtinere a criogelurilor pentru a obtine materiale mai stabile dpdv mecanic.

OS3. Obtinerea de noi retele polimerice cu structura interpenetrata a constat in polimerizarea unui monomer generator de grupari de amoniu cuaternizat in prezenta chitosanului (comercial sau sintetizat). Hidrogelurile pe baza de chitosan comercial/sintetizat au fost caracterizate din punct de vedere al gradului de gonflare. Rezultatele obtinute au aratat faptul ca tipul de chitosan folosit a influentat gradul de gonflare pentru fiecare hidrogel. In cazul sintezei de hidrogel unde s-a folosit o cantitate mai mica de reticulant, s-au observat diferente intre valorile gradului maxim de gonflare. Acest lucru arata faptul ca folosirea unei concentratii mai mari de reticulant duce la obtinerea unor retele polimerice mult mai rigide si care impiedica absorbtia unei cantitati

mai mari de apa.

In ceea ce priveste spectrele FTIR ale hidrogelurilor pe baza de chitosan comercial/sintetizat, acestea au prezentat benzi caracteristice chitosanului. Analizele TGA/DTG a confirmat prezenta chitosanului in structura finala a retelelor polimerice.

Testele bactericide au reflectat potentialul materialelor sintetizate, cu precadere a hidrogelului pe baza de chitosan sintetizat in laborator, de a distruge atat coliformii si clostridiile in proportii de 83% si respectiv 69%.

DISEMINARE

In cadrul etapei 1/2020 a fost organizata o intalnire de demarare a proiectului cu participarea fizica a partenerilor de proiect in 03.03.2020.

Directorul de Proiect a participat la intanirea de demarare a proiectelor BLUEBIO (Online kick-off of the cofounded call of BlueBio ERA-NET COFUND 9 June 2020) si la un eveniment de networking (Connectivity among Blue Bioeconomy Cofund projects 20 November 2020).

A fost publicat un articol indexat ISI si unul a fost trimis spre publicare dupa cum urmeaza:

1.Teodor Sandu, Maria Luiza Jecu, Iuliana Raut, Mariana Calin, Elvira Alexandrescu, Tanta Verona Iordache, Marinela Victoria Dumitru, Andrei Sarbu, Hybrid Beads Bearing Immobilized Bacteria As Advanced Means For The Removal Of Acid Blue 93 Dye, Materiale Plastice (Mater. Plast.),

Year 2020, Volume 57, Issue 3.

2.Ana-Mihaela Gavrilă, Simona Nedelcu-Flor, Andrei Sârbu, Teodor Sandu, Andreea Gabriela Olaru, Gheorghe Hubca, Dan Donescu, Tanța-Verona Iordache, Synthesis And Properties Of Organosilica Particles With Quaternary Ammonium Bearings As Bacteriostatic Interfaces, Trimis spre publicare U.P.B. Sci. Bull., Series.