Materiale poroase derivate din deșeuri de biomasă cu aplicații de mediu și de stocare a hidrogenului

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

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:

1. 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.
2. 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):

1. 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:

1. 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
2. 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

3. 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

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:

1. Hristea G., Iordoc M., Lungulescu E.M., Bejenari I., Volf I.*, 2023, A sustainable bio-based char as emerging electrode material for energy storage applications, lucrare trimisă spre publicare ȋn revista Scientific Reports, (Q1), (FI 4.6);  Submission ID 8684c3ca-aab7-4561-8de5-b7fc11218059.
2. 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.
3. 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).
4. Tincu C., Stan C.S., Albu C., Secula M.S., Volf I., Popa M., Gellan-based Hydrogel Particles Cross-linked with Fe³⁺ Ions and Loaded with Carbonaceous Nano/Microstructures designed for environmental remediation, lucrare trimisă spre publicare ȋn revista International Journal of Molecular Sciences, (Q1), (FI 5.6), submission ID ijms-2771027.

Depunere Cerere de brevet:

1.  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):

1. 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:

1. 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
   
2. 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.

Pagină web dedicată proiectului