Green technology for pharmaceuticals removal from water using eco-friendly oxidation catalysts
PN-III-P2-2.1-PED-2019-3166/299PED
Tehnologie verde pentru eliminarea compusilor farmaceutici din apa utilizand catalizatori pentru oxidare prietenosi cu mediul
Project Manager: Lecturer dr. Avramescu Sorin Marius
> University of Bucharest, Research Center for Environmental Protection and Waste Management (UB-PROTMED), 050095, Bucharest, Romania
> National Institute for Research & Development in Chemistry and Petrochemistry-ICECHIM Bucharest, 060021 Bucharest, Romania; Responsible project Partner 1: Dr. Habil. Irina Fierascu
> Research-Development Institute for Environmental Protection Technologies and Equipment- ICPE Bistrita, 420035, Bistrița, Bistriţa-Năsăud, Romania; Responsible project Partner 2: Dr. ing. Sorin Ulinici
Implementation period: 03/08/2020-03/08/2022
Overview/Prezentare generala
.Abstract
Catalytic ozonation is a highly efficient process for removing the most resistant organic pollutants from water and is a key process in wastewater treatment. Improving this technology in order to comply with green chemistry challenges is an important goal purification industry. Catalysts are the core of the process and, in the last decade, numerous studies and patents proposed a large range of materials for better ozone transformation into hydroxyl radicals and performing complete oxidation of the organic substrate. This project proposes a new and innovative class of ozonation catalysts with a morphology that assures an easy contact of ozone and pollutants with solid surface (thin-films) and green and cheaper technology for catalyst preparation using plant extracts instead of harmful chemical reagents (borohydride and organic solvents)
Project Objective
The project objective is to obtain a new water treatment technology for NSAIDs removal based on the catalytic ozonation process with photosynthesized catalytic systems arranged in the form of thin films deposited on a glass substrate. The specific objectives of the present projects are 1) synthesis and characterization of phytosynthesized oxidic nanostructures for further utilization as catalysts; 2) obtaining catalytic systems arranged in the form of thin films deposited on a glass substrate, 3) demonstration of the treatment efficiency of the obtained nanostructures for NSAIDs removal (Paracetamol and Ibuprofen), 4) validation of the proposed technologies (obtaining materials and purification alternatives) at laboratory scale and via third parties by subcontracting.
Estimated results
Technology for preparation of phytosynthesized catalytic thin-filmsTechnology foe wastewater treatment using phytosynthesized catalytic thin-films
Rezumat
Ozonizarea catalitică este un proces extrem de eficient pentru îndepărtarea celor mai recalcitranti poluanți organici din ape și reprezinta un proces cheie în tratarea apelor uzate. Îmbunătățirea acestor tehnologii pentru a răspunde provocărilor chimiei ecologice este un obiectiv important al industriei de tratare a apelor. Catalizatorii sunt componentul principal al procesului și, în ultimul deceniu, numeroase studii și brevete au propus o gamă largă de materiale pentru o mai bună transformare a ozonului în radicali hidroxil și pentru a efectua oxidarea completă a substratului organic. Acest proiect propune o clasă nouă și inovatoare de catalizatori pentru ozonizare cu o morfologie care asigură un contact ușor de ozon și poluanți cu suprafața solidă (pelicule subțiri) și o tehnologie verde si mai ieftina pentru prepararea catalizatorilor folosind extracte de plante în loc de reactivi chimici nocivi (borohidrura, solventi organici, etc.).
Obiectivul proiectului
Obiectivul general al proiectului este de a propune o noua tehnologie de tratare a apei pentru îndepărtarea medicamentelor antiinflamatoare nesteroidiene (NSAID) bazată pe procesul de ozonizare catalitică prin sisteme catalitice bazate pe nanostructuri oxidice fitosintetizate depuse sub formă de pelicule subțiri pe un substrat de sticlă, nanostructuri obținute cu ajutorul extractelor din flora autohtona. Pentru realizarea obiectivului general, obiectivele specifice ale proiectului sunt: 1) sinteza și caracterizarea de nanostructuri oxidice fitosintetizate pentru utilizarea ulterioară ca si catalizatori; 2) obținerea sistemelor catalitice dispuse sub formă de pelicule subțiri depuse pe un substrat de sticlă, 3) demonstrarea eficienței de tratament a nanostructurilor obținute pentru îndepărtarea medicamentelor antiinflamatoare nesteroidiene (Paracetamol și Ibuprofen), 4) validarea tehnologiilor propuse (obținerea materialelor și solutia de depoluare) la scară de laborator și prin subcontractare prin terta parte.
Rezultatele estimate
Tehnologie de fitosinteza a unor sisteme catalitice de tipul filmelor subtiri
Tehnologie de tratare a apelor uzate prin ozonizare utilizand sistemele catalitice preparate
Project development / Derularea proiectului
Aici începe textul. Apăsați aici și începeți să scrieți. Illo inventore veritatis et quasi architecto beatae vitae dicta sunt explicabo nemo enim ipsam voluptatem quia voluptas sit aspernatur aut.
Project phases
Development of laboratory protocols and preliminary tests for the development of innovative wastewater treatment technology. Dissemination of the results and evolution of the project on various platforms.
Deployment period: 03/08/2020 - 31/12/2020
Optimization of thin film preparation technology and laboratory technology for the treatment of organic pollutants by oxidative processes.
Deployment period: 01/01/2021 - 31/12/2021
Validation
of laboratory technology
Deployment period: 01/01/2022 - 03/08/2022
Fazele proiectului
Elaborarea de protocoale de laborator și teste preliminare pentru elaborarea tehnologiei inovatoare de tratare a apelor reziduale. Diseminarea rezultatelor și a evolutiei proiectului pe diverse platforme.
Perioada de implementare
: 03/08/2020 - 31/12/2020
Optimizarea tehnologiei de preparare a filmelor subțiri și a tehnologiei de laborator pentru tratarea poluanților organici prin procese oxidative.
Perioada de implementare
: 01/01/2021 - 31/12/2021
Validarea tehnologiei de laborator.
Perioada de implementare: 01/01/2022 - 03/08/2022
Preliminary results/Rezultate preliminare
The project was presented at inventions and innovations exhibitions, with the following results:
International Exhibition of Inventions and Innovations "Traian
Vuia", 2020, Timisoara (silver medal)
International Exhibition of Research, Innovations, and Inventions
- ProInvent 2020, Cluj-Napoca
Contribution of the ICECHIM partner to the dissemination of
the results are materialized through:
1. Participation in scientific events:
XVIth International Symposium "Priorities of Chemistry for a
Sustainable Development" PRIOCHEM XVI, October 28-30, 2020
2. Publication in scientific journals:
Iron Oxide/Phosphatic Materials Composites with Potential Applications in Environmental Protection, Georgiana Cornelia Ispas, Raluca Manea, Roxana Ioana Brazdis, Anda Maria Baroi, Toma Fistos, Radu Claudiu Fierascu, Monica Florentina Raduly, Materials 2020, 13, 5034; doi:10.3390/ma13215034
Etapa II/2021
Optimizarea tehnologiei de preparare a filmelor subțiri și a tehnologiei de laborator de tratare a poluanților organici prin procese oxidative.
Obtinerea extractelor
În cadrul experimentelor
derulate în cadrul proiectului s-a utilizat un
sistem de extracție cu microunde de tip Ethos Sel (Milestone) cu vase închise
unde
controlul temperaturii se face cu
ajutorul unui senzor introdus într-unul din vasele de reacție
Setarea programului de extractie
Materialul vegetal supus extracției:
Frunze culese în stare verde (august): foliole (a) si rahis + pețiol (b); Frunze culese în stare rosie (octombrie): foliole (c) si rahis + pețiol (d), Semințele de otetar (e); Ciorchinele care sustine semințele de otetar (f)
Părțile componente
ale fructului de nuc (pericarp exterior, pericarp interior și miez) utilizate in
studiu
Codificarea părților componente
incluse în studiu
Compozitia normalizata a
extractelor obtinute pe baza de etanol si
metanol
Caracterizare nanoparticule de Au obtinute cu ajutorul extractelor din radacina de
Nymphaea alba
Evoluția concentrației normalizate de paracetamol în timpul procesului de oxidare
Sistem dip-coating pentru preprararea filmelor subtiri tip 80C - PTL-SC-6-LD , MTI, SUA achizitionat in etapa 1
ETAPA III/2022
Validare tehnologie de obtinere filme subtiri si de tratare a apelor utilizand aceste filme
- Obiectivele propuse si indeplinite ale proiectului sunt:
- Obtinerea de sisteme catalitice de tip film subtire preparate prin metode clasice si ecologice.
- Implementarea acestor filme subtiri intr-o tehnologie de tratare a apelor cu perfomante ridicate in eliminare poluantilor organici pana la o mineralizare avansata a acestora.
Indicatori de performata realizati pe parcursul proiectului
Capitole de carte
Titlul cartii: Extraction of Natural Products from Agro-industrial Wastes A Green and Sustainable Approach, Elsevier, 1st Edition - December 1, 2022
- Capitol 3. Ionic liquids with microwave assisted extraction of natural products, Radu Claudiu Fierascu, Avramescu Sorin, Fierascu Irina, Elwira Sieniawska
- Capitol 4: Pressurized liquid extraction of natural products, Avramescu Sorin, Fierascu Irina, Radu, Claudiu Fierascu, Mihaela Cudalbeanu
Lucrari ISI
- Avramescu, S.M., et al., Removal of Paracetamol from Aqueous Solutions by Photocatalytic Ozonation over TiO2-MexOy Thin Films. Nanomaterials, 2022. 12(4).
- Lungulescu, E.M., et al., High-efficiency biocidal solution based on radiochemically synthesized Cu-Au alloy nanoparticles. Nanomaterials, 2021. 11(12).
- Ghinea, I.O., et al., Hplc-dad polyphenolic profiling and antioxidant activities of sorghum bicolor during germination. Agronomy, 2021. 11(3).
- Fierascu, I., et al., Application of polypodiopsida class in nanotechnology-potential towards development of more effective bioactive solutions. Antioxidants, 2021. 10(5).
- Cudalbeanu, M., et al., Sono-biosynthesis and characterization of aunps from danube delta nymphaea alba root extracts and their biological properties. Nanomaterials, 2021. 11(6).
- Brazdis, R.I., et al., Recent progress in the application of hydroxyapatite for the adsorption of heavy metals from water matrices. Materials, 2021. 14(22).
- Ispas, G.C., et al., Iron oxide/phosphatic materials composites with potential applications in environmental protection. Materials, 2020. 13(21): p. 1-19.
Cereri Brevet
· Cerere brevet A00162/30.03.2022 - Procedeu si material obtinut prin metode ecologice pentru oxidarea catalitica a unor poluanti organici
· Cerere brevet A00163/30.03.2022 - Procedeu si material obtinut prin metodele chimiei verzi pentru oxidarea catalitica a unor micropoluanti emergenti
Conferinte
- Green thin films catalysts: from plant extracts to catalytic ozonation removal of NSAID's from aqueous effluents; Sorin Marius Avramescu, Irina Fierascu, Radu Claudiu Fierascu, Roxana Ioana Brazdis, Elena Alina Olaru, Angel Vasile Nica, Sorin Ulinici, Mihaela Cudalbeanu; Advances in Surfaces, Interfaces and Interphases, Elsevier, 15-18 May 2022 - online, prezentare orala
- Polyaniline based catalysts for oxidative removal of ibuprofen from water; Sorin Marius Avramescu, Angel Vasile Nica, Elena Alina Olaru, Marian Verziu, Anca Dumitru; BRAMAT 2022 12TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON MATERIALS SCIENCE & ENGINEERING
- Process and material obtained by ecological methods for catalytic oxidation of some organic pollutants - A-00162/2022; Euroinvent 2022 Iasi, Romania, 26-28.05.2022
- Process and material obtained by green chemistry methods for catalytic oxidation of emerging micropollutants - A-00163/2022 ; Euroinvent 2022 Iasi, Romania, 26-28.05.2022
Targuri si expozitii
Euroinvent 2022, 26-28 MAY 2022, Iasi
Process and material obtained by ecological methods for catalytic oxidation of some organic pollutants - A-00162/2022 - Sorin Marius Avramescu, Corina Bradu, Elena-Alina Olaru, Angel-Vasile Nica, Irina Fierascu, Roxana Ioana Brazdis, Radu Claudiu Fierascu, Toma Fistos, Sorin-Claudiu Ulinici
- Diploma si Medalie de Argint din partea Salonului
Inventica 2022, 22-24.06.2022, Iasi
Process and material obtained by green chemistry methods for catalytic oxidation of emerging micropollutants - A-00163/2022 - Radu Claudiu Fierascu, Roxana Ioana Brazdis, Irina Fierascu, Anda Maria Baroi, Sorin Marius Avramescu, Corina Bradu, Elena-Alina Olaru, Angel-Vasile Nica, Sorin-Claudiu Ulinici
- Diploma si Medalie de Aur din partea Salonului
Process and material obtained by ecological methods for catalytic oxidation of some organic pollutants - A-00162/2022 - Sorin Marius Avramescu, Corina Bradu, Elena-Alina Olaru, Angel-Vasile Nica, Irina Fierascu, Roxana Ioana Brazdis, Radu Claudiu Fierascu, Toma Fistos, Sorin-Claudiu Ulinici
- Diploma si Medalie de Argint din partea Salonului
Process and material obtained by green chemistry methods for catalytic oxidation of emerging micropollutants - A-00163/2022 - Radu Claudiu Fierascu, Roxana Ioana Brazdis, Irina Fierascu, Anda Maria Baroi, Sorin Marius Avramescu, Corina Bradu, Elena-Alina Olaru, Angel-Vasile Nica, Sorin-Claudiu Ulinici
- Diploma si Medalie de Aur din partea Salonului
S-a elaborat o strategie de obtinere a nanoparticulelor utilizand extracte de plante prin variatia rapoartelor solvent/precursori chimici. S-a stabilit o procedura de obtinere a filmelor subtiri prin transpunerea nanoparticulelor pe placute de sticla utilizand metoda dip coating. Placutele au fost calcinate la o temperatura care sa produca faze cristalografice adecvate ca metoda de activare. In paralel s-au obtinut si serie de filme subtiri pe baza de TiO2 prin metoda clasica utilizate in eliminarea paracetamolului din solutii apoase. Filmele subtiri ecologice/clasice au fost implementate intr-un reactor utilizat pentru tratarea apelor impurificate cu ibuprofen/paracetamol. Procesul de oxidare cu ozon al poluantilor este monitorizat prin diverse tehnici analitice (cromatografie, spectrometrie UV VIS, analiza carbon organic total, etc.). Ambele tipuri de filme subtiri au fost foarte eficiente in procesul de tratare a apelor.
Configuratie experimentala pentru procesele de ozonare catalitica/fotocatalitica
Evolutia procesului de oxidare a ibuprofenului in solutii apoase
Mecanismul de oxidare fotocatalitica a paracetamolului
Concluzii
Sistemele catalitice au rolul de a mari considerabil viteza de reactie in procesul de oxidare a poluantilor comparativ cu testele necatalitice. De asemenea se obtine si o mineralizare avansata a substratului organic. Filmele subtiri obtinute prin cele doua metode sunt foarte eficiente in degradarea unor compusi care sunt dificil de indepartat din solutii apoase prin metode clasice. Avantajul major al acestor sisteme catalitice dezvoltate in cadrul proiectului il reprezinta eliminarea etapei de separare a catalizatorului. In plus acestea pot fi reutilizate in mai multe teste succesive.