
- Acronim: CHITOMEM
- Cod Proiect: PN-III-P1-1.1-PD-2019-1156
- Numărul Contractului: 216PD/2020
- Start: 31 August 2020
Final: 31 August 2022 - Durata: 24 Luni
- Budget: 246.950,00 Lei
- Instituție coordonatoare: UPB-CNMN – Universitatea POLITEHNICA din București – Centrul Național de Micro și Nanomateriale

Director proiect: Dr.Ing. Angela SPOIALĂ
Mentor: Prof.Habil.dr.ing. Anton FICAI
Scopul acestei propuneri de proiect urmărește dezvoltarea membranelor și matricilor nanocompozite 2D pe bază de chitosan încărcate cu nanoparticule de oxid de zinc și dioxid de titan prin intermediul procedeului de electrospinning pentru a obține membrane performante, cu aplicații de mediu. Întrucât, criza apei la nivel mondial tinde să crească a apărut necesitatea de a dezvolta noi materiale adsorbante. Problema apei este esențială, deoarece sursele convenționale de apă potabilă trebuie să fie durabile. După multiple încercări, cercetătorii au reușit obținerea de materiale promițătoare, iar membranele dezvoltate au fost utilizate cu succes în tehnologii de purificare a apelor uzate. Biopolimerii pe bază de chitosan au prezentat un interes deosebit datorită biodegradabilității, netoxicității, reactivității, hidrofilicității bune, iar datorită costului redus devin cele mai disponibile materiale pentru această aplicație. După analizarea mai multor membrane, s-a ajuns la concluzia că biopolimerii pe bază de chitosan folosiți ca material adsorbant au o perspectivă deosebită în îndepărtarea metalelor grele și a altor contaminanți din apele uzate. Pentru a susține această afirmație, ideea a fost de a obține membrane prin procedeul de electrospinning, care în concordanță cu literatura de specialitate reprezintă o metodă utilă pentru dezvoltarea acestor membrane nanocompozite 2D pe bază pe chitosan. Aceste membrane nanostructurate 2D pe bază de chitosan vor fi caracterizate prin microscopie electronică de baleaj, microscopie electronică de transmisie, spectroscopie cu infraroșu prin transformata Fourier și difracție de raze X, dar și prin evaluarea antimicrobiană pentru a demonstra proprietățile lor pentru această aplicație. Chiar dacă investigația noastră pe această temă de cercetare este în curs de dezvoltare, considerăm că obținerea acestor membrane nanocompozite 2D pe bază pe chitosan prin intermediul procedeului de electrospinning prezintă de asemenea oportunitatea de implentare a unui nou model tehnologic.
Obiectivul general: Dezvoltarea de membrane nanocompozite 2D pe bază de chitosan pentru aplicații în purificarea apei. Obiectivele specifice: O1–Evaluarea potențialului nanostructurilor pe bază de chitosan și nanoparticule în aplicații de mediu. Această secțiune implică dezvoltarea rutelor de sinteză pentru membranele nanostructurate 2D prin intermediul procesului de electrospinning. Caracterizarea morfo-structurală, fotocatalitică și optimizarea potențialului antimicrobian al nanoparticulelor introduse în membrane (ZnO și TiO2). O2–Sinteza și caracterizarea nanostructurilor 2D pe bază de chitosan încărcate cu nanoparticule de ZnO. Această etapă implică sinteză și optimizarea structurilor 2D obținute. De asemenea, va fi prezentată proprietatea de retenție și stabilitatea nanostructurilor. O3-Sinteza și caracterizarea nanostructurilor 2D pe bază de chitosan încărcate cu nanoparticule de TiO2. Noutatea acestui proiect implică dezvoltarea de membrane nanostructurate 2D prin intermediul procedeului de electrospinning, care va imprima proprietăți structurale și fizico-chimice unice cu scopul de a aborda utilitatea lor în aplicații pentru purificarea apei.
Rezultatele estimate
Etapa 1: Evaluarea nanostructurilor pe bază de chitosan în aplicații de mediu; Procesarea chitosanului pentru dezvoltarea de membrane și matrici pentru aplicații de mediu; Optimizarea morfo-structurală, fotocatalitică și antimicrobiană a nanoparticulelor de ZnO; Optimizarea morfo-structurală, fotocatalitică și antimicrobiană a nanoparticulelor de TiO2; Caracterizarea nanoparticulelor de ZnO și a nanoparticulelor de TiO2 ; Aplicațiile chitosan/ZnO și chitosan/TiO2 în purificarea apei; 1 participare la o manifestare științifică; 1 articol ISI trimis spre publicare; 1 articol review trimis spre publicare; Site web.
Etapa 2: Sinteza și optimizarea ZnO și a ZnO dopat; Procesarea structurii 2D de chitosan/ZnO; Caracterizarea structurilor 2D de chitosan/ZnO; Evaluarea capacității de reținere a metalelor grele din medii apoase; Evaluarea stabilității și a potențialului antimicrobian al nanostructurilor 2D; Evaluarea potențialului fotocatalitic de degradare al poluanților organici indus de nanostructurile 2D (antibiotice, POP); Optimizarea nanostructurilor 2D în aplicații de mediu; 1 articol ISI trimis spre publicare; Implementarea unui model tehnologic pentru electrospinning.
Etapa 3: Sinteza și optimizarea TiO2 și a TiO2 dopat; Procesarea structurii 2D de chitosan/TiO2; Caracterizarea structurilor 2D de chitosan/TiO2; Evaluarea capacității de reținere a metalelor grele din medii apoase; Evaluarea stabilității și a potențialului antimicrobian al nanostructurilor 2D; Evaluarea potențialului fotocatalitic de degradare al poluanților organici indus de nanostructurile 2D (antibiotice, POP); Optimizarea nanostructurilor 2D în aplicații de mediu; 1 articol ISI trimis spre publicare.

Rezumat si rezultate
Download Rezumat – etapa I_2020
Download Rezumat – etapa II_2021
Download Rezumat – etapa III_2022
Diseminare
Articole ISI:
- Articol „Zinc Oxide Nanoparticles for Water Purification”- Angela Spoială, Cornelia-Ioana Ilie, Roxana-Doina Trușcă, Ovidiu-Cristian Oprea, Vasile-Adrian Surdu, Bogdan Ștefan Vasile, Anton Ficai, Denisa Ficai, Ecaterina Andronescu, Lia-Mara Dițu, Materials 2021, 14(16), 4747; https://doi.org/10.3390/ma14164747.
- Review „Chitosan-Based Nanocomposite Polymeric Membranes for Water Purification—A Review”- Angela Spoială, Cornelia-Ioana Ilie, Denisa Ficai, Anton Ficai, Ecaterina Andronescu, Materials 2021, 14(9), 2091; https://doi.org/10.3390/ma14092091
- „The development of Chitosan/ ZnO nanocomposite membranes for water purification”- Spoială Angela, Ilie Cornelia-Ioana, Trușcă Roxana-Doina, Oprea Ovidiu-Cristian, Ficai Denisa, Ficai Anton, Andronescu Ecaterina, Revista Română de Materiale 2022, 51(1), 17-25.
Conferinte:
- International Symposium of Chemical Engineering and Materials- SICHEM 2020– „TiO2 nanoparticles for wastewater treatment”- Angela Spoială, Cornelia-Ioana Ilie, Roxana-Doina Trușcă, Denisa Ficai, Anton Ficai, Ecaterina Andronescu.