Materiale poroase derivate din deșeuri de biomasă cu aplicații de mediu și de stocare a hidrogenului
Rezultatele proiectului
Rezultate estimate
Rezultatele privind prepararea și investigarea noilor materiale derivate din biomasă precum și cele legate de performanțele acestor materiale în aplicații din domeniul stocării hidrogenului și remedierii factorilor de mediul vor fi valorificate în cadrul a minim 5 lucrări publicate în reviste indexate ISI, cu factor de impact important; a unei cerere de brevet (OSIM), și, de asemenea, în cadrul rapoartelor științifice de etapă și in extenso/final.
Obiectiv 1: Obținerea și investigarea morfo-structurală a micro-, nano-structurilor de carbon (CNMS) obținute prin conversia termochimică a biomasei:
2 lucrări trimise spre evaluare la reviste indexate ISI, cu factor de impact important;
Obiectiv 2: Prepararea compozitelor polimerice poroase de p-HEMA și micro-, nano-structuri de carbon cu porozitate adaptată la aplicațiile vizate:
2 lucrări prezentate la conferințe internaționale;1 lucrare trimisă spre evaluare la o revistă indexată ISI, cu factor de impact important; depunerea unei cereri de brevet la OSIM;
Obiectiv 3: Testarea și adaptarea morfo-structurală a compozitelor poroase pentru aplicații în stocarea hidrogenului și remedierea factorilor de mediu:
2 lucrări prezentate la conferințe internaționale de prestigiu; 2 lucrări trimise spre evaluare la reviste indexate ISI, cu factor de impact important; 1 raport de cercetare in extenso.
Etapa I
Rezumatul Etapei I, iunie – decembrie 2022
În cadrul Etapei 1 (2022) a proiectului intitulat Materiale poroase derivate din deșeuri de biomasă cu aplicații de mediu și de stocare a hidrogenului (BIOPOROMAT) au fost prevăzute un număr de 5 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.
Act. A1.1. se referă la evaluarea şi analiza disponibilității şi a tipurilor de deşeuri de biomasă, la caracterizarea chimică, morfologică şi structurală a unor deșeuri lignocelulozice pentru o evaluare realistă a potențialului de valorificare precum şi la evaluarea tehnicilor de pretratare a materiei prime supuse proceselor de conversie termică ȋn vederea elaborării unui flux de procesare a biomasei. Cumuland informaţiile rezultate din evaluările menţionate, activitatea a avut ca rezultat definirea deşeurilor de biomasă, a pretratamentelor necesare precum şi a tehnicilor de conversie termochimică ce vor fi considerate ȋn continuare ȋn experimentare.
Act 1.2 prezintă două metode de preparare de micro-, nano-structuri de carbon (CNMS) prin procese pirolitice și hidrotermice. Au fost adaptate dispozitivelor și instalațiile experimentale şi au fost elaborate protocoale de lucru pentru obţinerea de CNMS prin conversia pirolitică, Intr-un reactor de piroliză la scară de laborator echipat cu sistem de încălzire și reglare a temperaturii şi prin conversia hidrotermică. In acelaşi context s-au realizat teste preliminare pentru dezvoltarea unei configurații experimentale care permite prelucrarea termică folosind un sistem echipat cu un laser CO2 și un sistem de deplasare în coordonate x, y (Act 1.3).
In cadrul Act 1.4 -sunt prezentate informaţii referitoare la investigarea morfo-structurală a CNMS obținute din biomasă în cadrul activităților anterioare utilizand următoarele metode de caracterizare: analiza termogravimetrică TGA, spectroscopie FT-IR,microscopie electronică de baleiaj SEM.
Act 1.5 se referă la evaluarea preliminară a unor caracteristici de porozitate a materialelor bogate ȋn carbon generate ȋn activtăţile experimetale anterioare, precum şi estimarea unor posibiliăţi de funcționalizare a micro-, nano-structurilor de carbon preparate în vederea adaptării acestora la aplicațiile vizate (remedierea factorilor de mediu şi stocare de hidrogen).
Indicatori de rezultat
Articole acceptate/trimise spre publicare ȋn reviste cotate ISI:
- Ungureanu G., Bejenari I., Hristea G., Volf I., 2022, Carbonaceous materials from forest wastes conversion and their corresponding hazardous pollutants remediation performance, Forests, Q1, IF3,282, articol acceptat, Doi: 10.3390/f13122080.
- Stan L., Volf I., Stan C.S., Albu C., Coroaba A., Ursu L.E., Popa M. Intense blue photo emissive Carbon Dots prepared through pyrolytic processing of lignocellulosic waste, Nanomaterials Q1, IF 5.719, 2023, 13, 131, DOI: 10.3390/nano13010131.
Articole publicate ȋn reviste indexate ȋn baze de date internaţionale (BDI):
- Armanu G.E., Volf I., 2022, Natural carriers for bacterial immobilization used inbioremediation, Bulletin of Polytechnic Institute of Iasi, Chemistry and Chemical Engineering section, 68 (72), 3, 109-122. http://www.bipcic.icpm.tuiasi.ro/2022_68_3.html
Comunicări ştiinţifice la conferinţe internaţionale:
- Armanu G. E., Tofanica B.M., Volf I., 2022, Measurement of key compositional parameters in three type of biomass wastes in order to define the appropriate feedstock for thermochemical conversion, The 6th International Conference on Chemical Engineering ICCE2022, Advanced Materials and Processes for a Sustainable Development, http://www.cercetare.icpm.tuiasi.ro/conferinte/ICCE2022/pdf/ICCE2022-program.pdf
- Armanu G. E.,Tofanica B.M., Secula M. S., Mamaliga I.,Volf I.,2022, Predictive carbonaceous materials yields resulted from carbonisation in relation with the main components of the feedstock, SICHEM 2022, Hydrogen the future energy and chemical engineering vector,
https://sicr.ro/wp-content/uploads/2022/11/SICHEM_Program_2022_v12.pdf
- Asoltanei A.M., Iacob Tudose E., Secula M.S.S., Mamaliga I., 2022, Effective diffusivity in porous spherical and cylindrical particles, SICHEM 2022, Hydrogen the future energy and chemical engineering vector, https://sicr.ro/wp-content/uploads/2022/11/SICHEM_Program_2022_v12.pdf
Workshop iniţiere proiect organizat ȋn data de 11.07.2022.
Pagină web dedicată proiectului
Etapa II
Rezumatul Etapei a II-a, ianuarie – decembrie 2023
În cadrul Etapei 2 (2023) a proiectului intitulat Materiale poroase derivate din deșeuri de biomasă cu aplicații de mediu și de stocare a hidrogenului (BIOPOROMAT) au fost prevăzute un număr de 9 activități de cercetare științifică. Activitățile din cadrul acestei etape au fost realizate integral și în termenul asumat ceea ce a condus la îndeplinirea obiectivelor pentru anul 2023 precum și la realizarea și depășirea indicatorilor de proiect. O descriere sintetică a principalelor activități desfășurate în această etapă este prezentată în continuare.
Act. 2.1. a fost centrată pe adaptarea porozităţii CMNS obţinute. Cumulând informațiile rezultate din numeroase experimentări şi evaluări, activitatea a avut ca rezultat validarea a trei protocoale de lucru pentru adaptarea porozităţii/funcţionalizării CMNS ȋn directă corelaţie cu aplicaţiile vizate ȋn acest proiect.
Act 2.2. şi A 2.3 (continuare a activitaţilor A1.2. si A 1.3.) finalizează câteva aspecte care aduc clarificări conceptuale şi motodologice privind studiul proceselor de conversie termică (piroliză, carbonizare hidrotermică) abordate. Rezultatele obţinute ȋn urma cercetărilor realizate ȋn cadrul activităţilor Act. 2.4. și Act. 2.5. au subliniat influenţa tratamentelor de activare/funcţionalizare asupra structurilor și proprietăților materialelor studiate.
În Act 2.6. cercetările au fost orientate pe proiectarea şi realizarea a două tipuri de geluri polimerice care să reprezinte matrici pentru ȋnglobarea CMNS cu scopul obţinerii unui material cu ȋnaltă valoare adăugată şi gamă largă de aplicaţii: (i) proiectarea și obtinerea unui hidrogel pe bază de polimer natural (gelan); (ii) proiectarea și obtinerea unui criogel pe bază de Poly(2-hydroxyethylmetacrilat) (p-HEMA). In ambele matrici polimerice au fost ȋnglobate cu succes structurile de carbon (funcţionalizate sau nu) obţinute ȋn activitaţile anterioare (Act 2.7.).
In Act 2.8. au fost obţinute informaţii relevante referitoare la structura/proprietăţile compozitelor polimerice rezultate anterior utilizând metode avansate de caracterizare printre care: spectroscopie FT-IR, microscopie electronică de baleiaj SEM, dar şi la comportarea specifică a acestora ȋn sisteme: determinarea stabilităţii, a gradului de umflare, etc.
În urma evaluării critice a volumului mare date experimentale obţinute ȋn această etapă şi considerând aplicaţiile targetate precum şi testele preliminare efectuate, ȋn Act 2.9. s-au validat configuraţiile materialelor compozite ce vor intra ȋn etapa de testare.
Toate datele obținute ȋn etapa II permit obţinerea de materiale compozite complexe cu proprietăți adaptate la aplicațiile vizate ȋn acest proiect (remediere factorilor de mediu și stocare de forme alternative de energie).
Indicatori de rezultat
Articole acceptate/trimise spre publicare ȋn reviste cotate ISI:
- Hristea G., Iordoc M., Lungulescu E.M., Bejenari I., Volf I.* 2024, A sustainable bio-based char as emerging electrode material for energy storage applications, Scientific Reports, 14(1), 1095. https://doi.org/10.1038/s41598-024-51350-x (Q1, FI 4.6).
- Mikhailidi A., Ungureanu E., Belosinschi D., Tofanica B.M.* and Volf I.* , 2023, Cellulose-Based Metallogels – Part 3: Multifunctional Materials, Gels, 9(11), 878. (Q1) (FI 4.432), https://doi.org/10.3390/gels9110878.
- Ciuperca O.T., Ionescu E., Secula M.S., Volf I.*, 2023, Microwave-Assisted Extraction of Condensed Tannins from Branches of Prunus spinosa L.: Response Surface Modeling and Optimization, Processes, 11, 2024, https://doi.org/10.3390/pr11072024 (Q2), (FI 3.5).
- Tincu C., Hacerencu M., Secula M.S., Stan C.S., Albu C., Popa M., Volf I., 2024, A natural Carbon Encapsulated In Gellan-Based Hydrogel Particles designed for Environmental Challenges, Gels, 10(11) 713. https://doi.org/10.3390/gels10110713h (Q1, FI 5).
Depunere Cerere de brevet:
- Stan C.S., Albu C., Volf I. Procedeu de valorificare a unor deșeuri ligno-celulozice într-un compozit polimeric poros destinat purificării apelor uzate, Nr. cerere brevet OSIM A/00677/10.11.2023.
Articole publicate ȋn reviste indexate ȋn baze de date internaţionale (BDI):
- Toma A.C., Volf I., 2023, A short review on urban air pollution and innovative bio-remedial approaches, Bulletin of Polytechnic Institute of Iasi, Chemistry and Chemical Engineering section, 69 (73), 3, 87-101, doi.105281/zenodo.10072450 .
Comunicări ştiinţifice la conferinţe internaţionale:
- Armanu G.E., Secula M.S., Volf I., 2023, Eco-efficient hydrochar for immobilization of Pseudomonas species, The 12th International Conference on Environmental Engineering and Management ICEEM 12, Circular Economy and Sustainability, https://www.iceem.tuiasi.ro/wp-content/uploads/ICEEM12_Program-04.09.2023_f.pdf
- Armanu G.E., Bertoldi S., Chauhan Z., Eberlein C., Nikolausz M., Shmidt M., Heipieper H.J., Volf I., 2023, Biodegradation of phthalic acid esters using immobilized bacteria on a natural carbonaceous porous material, Annual International Conference of the Association for General and Applied Microbiology, VAAM 2023, Göttingen, https://vaam.de/aktivitaeten/jahrestagung/archiv-der-jahrestagungen/
Workshop iniţiere proiect organizat ȋn data de 11.07.2023.
Etapa III
Rezumatul Etapei a III-a, ianuarie – noiembrie 2024
În cadrul Etapei a 3-a (2024) a proiectului intitulat Materiale poroase derivate din deșeuri de biomasă cu aplicații de mediu și de stocare a hidrogenului (BIOPOROMAT) au fost prevăzute un număr de 5 activități de cercetare științifică. Activitățile din cadrul acestei etape au fost realizate integral și în termenul asumat ceea ce a condus la îndeplinirea obiectivelor pentru anul 2024 precum și la realizarea și depășirea indicatorilor de proiect. Descrierea sintetică a principalelor activități desfășurate în cadrul acestei etape este prezentată în continuare.
Act 3.1. Studiu experimental al introducerii CNMS în matricea criogelului (continuare activitate A 2.7). S-au evaluat influențele CNMS asupra fazei de fotopolimerizare în vederea optimizării procedurile experimentale. S-au stabilit concentrațiile optime de CNMS în matricea polimerică a criogelului.
Act 3.2. Investigarea morfo-structurală a compozitelor polimerice p-HEMA – CNMS obținute din conversia deșeurilor de biomasă (continuare activitate A2.8). Au fost determinate diferențele structurale cauzate de introducerea CNMS în matricea polimerică,și au fost investigate interacțiunile stabilite între acestea.
Act 3.3. Studii experimentale privind adaptarea configurațiilor de compozite pentru fiecare aplicație vizată (continuare activitate A2.9). Au fost efectuate studii privind estimarea porozității și a suprafeței specifice a materialelor pentru aplicații privind remedierea factorilor de mediu (izoterme de adsorbție-desorbție cu N2, porozimetrie cu Hg, determinare pHPZC și titrare Boehm) precum și pentru cele dedicate materialelor substrat pentru stocarea hidrogenului. S-au obținut compozite specifice, fiind adaptate metodele și rețetele de preparare pentru fiecare caz în parte. S-au preparat noile compozite în cantitățile necesare pentru teste vizate.
Act 3.4. Testarea noilor materiale compozite în sisteme de stocare a hidrogenului
Noile materiale compozite au fost testate ca strat de umplutură în recipientele de stocare a hidrogenului utilizând compozite configurate cu porozitate mare, densitate scăzută și o structură predominant fibroasă realizabilă prin varierea volumului de apă în faza de preparare a criogelului, introducerea unor nano/micro- structuri de carbon expandat și funcționalizarea acestora. De asemenea, s-au efectuate teste în ceea ce privește determinarea capacității de adsorbție a hidrogenului, precum și metodele de eliberare a hidrogenului (stimulare termică asistată sonic).
Act 3.5. Testarea compozitelor în sistemele de (bio)remediere a factorilor de mediu
Criogelurilor compozite monolitice au fost testate în vederea evaluării gradului de selectivitate la adsorbția a diferite tipuri de poluanți model din fluxurile de gaze (utilizarea compozitelor polimerice cu porozitate mare și structură micro-mezoporoasă cu un conținut de CNMS expandate/funcționalizate conform Act 2.1). Materialele compozite obținute au fost testate în sisteme de filtrare/purificare a apei (sunt vizate compozitele cu porozitate mare și structură mezo-macroporoasă) precum și în procese de adsorbție și fotocataliză pentru identificarea de posibile efecte de intensificare a degradării diferiților poluanți organici în prezența radiației UV. Testele au vizat îndepărtarea unor contaminanți emergenți din clasa micropoluanților, produse farmaceutice, metale grele. S-au efectuat studii privind utilizarea compozitelor ca agenți suport (purtător) pentru imobilizarea microorganismelor utilizate în procese de bioremediere.
Indicatori de rezultat
Articole publicate/trimise spre publicare ȋn reviste cotate ISI:
- Armanu G.E., Secula M.S., Tofanica B.M., Volf I*. 2024, The Impact of Biomass Composition Variability on the Char Features and Yields Resulted through Thermochemical Processes, Polymers, 16, 2334. https://doi.org/10.3390/polym16162334 (Q1 FI 4.7).
- Armanu G.E., Secula M.S., Heipieper H.J., Volf I., 2024, Pseudomonas canadensis immobilized on a carbonaceous material enhance plasticizer biodegradation, Proceedings of 24th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2024, International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management, SGEM, 24, 3-10 (ISBN: 978-619-7603-74-3; ISSN: 1314-2704 ) DOI: 10.5593/sgem2024/6.1/s24.01.
Depunere Cereri de brevet:
- Volf I., Armanu G.E., Secula M.S., 2024, Suport natural sustenabil pentru imobilizare microbiană cu rol în bioremedierea factorilor de mediu (A natural sustainable carrier for bacterial immobilization used in bioremediation), A/00606 din 11.10.2024.
- Hristea G., Iordoc M.N., Volf I., 2024, Material carbonic electroactiv pe baza de deseuri lignocelulozice pentru supercapacitori si procedeu de obtinere (An electroactive carbon material based on lignocellulosic waste for supercapacitors and production process), A /00139 din 28.03.2024.
Comunicări ştiinţifice la conferinţe internaţionale:
- Armanu G.E., Secula M.S., Cimpoeşu N., Volf I., 2024, A biobased nano/micro-structured material for microorganisms immobilization, XXIVth International Multidisciplinary Scientific GeoConference: Surveying, Geology and Mining, Ecology and Management – SGEM 2024, 29 Jun – 8 Jul, https://www.sgem.org/index.php/dates-deadlines/conference-plenary-programme.
- Bejenari I., Secula M.S., Volf I., 2024, Integral valorization of biomass waste towards sustainable and value-added hybrid materials, PolyChar World Forum on Advanced Materials, 30th edition, September 11-13. https://icmpp.ro/polychar’30/program.php
- Armanu G.E., Secula M.S., Heipieper H.J., Volf I., 2024, Pseudomonas canadensis immobilized on a carbonaceous material enhance plasticizer biodegradation, XXIVth International Multidisciplinary Scientific GeoConference: Surveying, Geology and Mining, Ecology and Management – SGEM 2024, 29 Jun – 8 Jul, https://www.sgem.org/index.php/dates-deadlines/conference-plenary-programme.
- Armanu G.E., Bertoldi S., Eberlein C., Heipieper H.J., Secula M.S., Volf I., 2024, Immobilized bacterial cells on a natural carbonaceous material for diethyl phthalate biodegradation, 7th International Conference of the Doctoral School “Gheorghe Asachi” Technical University of Iasi, CSD 2024, May 15-17, https://conferinta-csd.tuiasi.ro/wp-content/uploads/2024/05/Program-CSD2024_full_Updated_12_mai_cover-1.pdf
Workshop iniţiere proiect organizat ȋn data de 10.06.2024.


Acronim: BIOPOROMAT, contract 118/2022, Cod UEFISCDI: PN-III-P4-PCE-2021-1455, iunie 2022 - noiembrie 2024, actualizat noiembrie 2024