Contract Nr.. TE 31/2022
Nume proiect: Nanomateriale biocompatibile pentru aplicatii fotocatalitice in lumina vizibila

Cod Proiect: PN-III-P1-1.1-TE-2021-1306

Program: Pr. 1- Subprogramul 1.1 – Resurse Umane, Proiecte de cercetare pentru stimularea tinerelor echipe independente

Director de proiect: Scarisoreanu Monica
Coordonator: Institutul National pentru Fizica Laserilor, Plasmei si Radiatiei
Sursa finantare: Unitatea Executiva pentru Finantarea Învatamântului Superior, a Cercetarii, Dezvoltarii si Inovarii (UEFISCDI)

Rezumatul proiectului:

Motivatia stiintifica a acestei propuneri de proiect se regaseste in ultimele tendinte sociale si legislative de a proteja populatia de efectele poluarii industriale prin curatarea mediului inconjurator. Tema propusa vizeaza pe de-o parte  problematica imbunatatirii proprietatilor fotocatalitice TiO2. Proiectul NABI4Photo vine cu o noua abordare- de a o a obtine noi arhitecturi pe baza de nanoparticule de TiO2 si anume nanocompozite TiO2-SnO2, TiO2-ZnO decorate cu metale nobile, folosind o metoda rapida, intr-o singura etapa- piroliza laser. Nanocompozitele vor fi caracterizate din punct de vedere al proprietatilor optice, morfologice, structurale precum si testate in procese privind efienta de fotodegradare a diferitilor poluanti organici. Pe de alta parte, dezvoltarea de materiale fotocatalitice pentru tratarea apelor reziduale ar trebui sa fie coroborata cu proprietati de biocompatibilitate si non-toxicitate. Pentru a avea  o evaluare toxicologica riguroasa, aceste cercetari trebuie sa includa potentialele efecte induse de fotocatalizatori asupra sanatatii umane. Prin urmare, este evident ca o cercetare interdisciplinara este necesara pentru a descoperi imaginea completa a impactului materialelor fotocatalitice asupra sanatatii fiintelor vii. Rezultatele NABI4Photo pot avea un impact social si economic vizibil contribuind la imbunatatirea calitatii vietii.

Faza I - 31/12/2022

Nanocompozite TiO2-ZnO pentru aplicatii fotocatalitice

Durata Fazei I: 15/05/2022 - 30/12/2022

Valoarea alocata proiectului de la bugetul de stat pentru 2022: 136.800 RON

Etapa 1(rezumat)

In cadrul acestei etape a fost dezvoltat modelul experimental de sinteza a nanocompozitelor TiO₂-ZnO prin modificarea set-up-ului experimental existent in laborator - de obtinere a nanoparticulelor de TiO₂ simplu, utilizand piroliza laser ca metoda de sinteza. Prin variatia parametrilor de sinteza au fost obtinute mai multe serii de probe, nanopulberi, ce au fost caracterizate morfo-structural precum si din punct de vedere al proprietatilor optice, utilizand tehnici complementare. Pulberile nanocompozite contin preponderent faza anatas a TiO₂ si prezinta o imbunatatire a propritatilor optice spre domeniul vizibil prin prezenta ZnO in diferite proportii. Nanopulberile TiO₂-ZnO au fost testate in procese de fotodegradare a colorantului metiloranj comparativ cu cele de TiO₂ simplu, atat prin raportare la proba etalon obtinuta prin piroliza cat si la standardul industrial existent pe piata- Degussa P25, demonstrand o crestere a eficientei si viteze de fotodegradare de aproximativ 4 ori mai mari.

Diseminarea rezultatelor:

The Variation of Structural and Functional Properties of Laser Processed TiO2/SnO2 Binary Nanocomposites,  Evghenii GONCEARENCO, Elena DUTU, Monica SCARISOREANU, Iuliana MORJAN, Lavinia GAVRILAFLORESCU, Anca Daniela CRIVEANU, Ana- Maria NICULESCU, Valentin TEODORESCU, Ioana FORT, The International Conference on Lasers, Plasma, and Radiation – Science and Technology , Bucharest, Romania, June 7-10, 2022.

Faza II - 29/12/2023

Obtinerea nanocompozitelor TiO₂-ZnO si TiO₂-SnO₂ decorate cu metale nobile si evaluarea proprietatilor fotocatalitice si de compatibilitate ale acestora

Durata Fazei II: 01/01/2023 - 29/12/2023

Valoarea alocata proiectului de la bugetul de stat pentru 2023: 257.200 RON

Etapa 2 (rezumat)

In cadrul acestei etape a fost realizat modelul experimental de sinteza intr-o singura etapa a nanopulberilor de TiO₂-SnO₂, utilizand piroliza laser, variatia parametrilor de sinteza in vederea obtinerii proprietatilor dorite vizand aplicatiile fotocatalitice. In acelasi timp s-a realizat: a) dezvoltarea modelului experimental de obtinere a M@TiO₂-ZnO/M@TiO₂-SnO₂ (M: Au, Ag, Pt, Pd) utilizand tehnica de impregnare chimica si reducere, pentru nanopulberile TiO₂-ZnO si TiO₂-SnO₂, selectate ca avand cele mai bune rezultate privind fotodegradarea metiloranjului in lumina UV; b)caracterizarea morfo-structurala a nanocompozitelor obtinute precum si a proprietatilor optice ale acestora privind imbunatatirea absorbtiei spre domeniul vizibil prin decorarea cu metale nobile si c)testarea nanopulberilor de tip M@TiO₂-ZnO/M@TiO2-SnO2 in procese de fotodegradare a colorantului metiloranj atat in lumina UV cat si Vis, precum si din punct de vedere al biocompatibilitatii acestora pe celule keratinocite umane (linia celulara HaCaT).Rezultatetele obtinute indica fotocatalizatori de tipul M@TiO₂-ZnO cu viteze de fotodegradare a MO de 2 ori mai mari in lumina UV iar sub iradiere Vis, de 32 de ori mai mari comparativ cu standardul industrial-P25. In cazul fotocatalizatorilor de tipul M@TiO₂-SnO₂ au fost obtinute viteze de fotodegradare a MO de 6 ori mai mari in lumina UV si de 122 de ori mai mari in vizibil comparativ cu standardul industrial. Fotocatalizatorii obtinuti in cadrul acestei etape prezinta o biocompatibilitate mai mare asupra celulelor pielii in comparatie cu standardul industrial. Aceste constatari subliniaza importanta explorarii nanocompozitelor si a metodelor de sinteza pentru a imbunatati profilul de siguranta al nanoparticulelor de TiO2 in contextul aplicatiilor legate de piele

Diseminarea rezultatelor:

Articole publicate in jurnale cotate ISI:

1. Goncearenco E, Morjan IP, Fleaca C.T, Dumitrache F, Dutu E, Scarisoreanu M, Teodorescu V.S, Sandulescu A, Anastasescu C, Balint I, Titania nanoparticles for photocatalytic degradation of ethanol under simulated solar light, Beilstein Journal of Nanotechnology, 14, 616-630.

2. Goncearenco E, Scarisoreanu M, Fleaca C.T, Dutu E, Criveanu A, Morjan IP, Viespe C, Galca A.C, Teodorescu V.S, Fort C.I, Stan M, The influence of SnO₂ and noble metals on the properties of TiO₂ for environmental applications, in curs de publicare la revista.

Prezentarea rezultatelor in cadrul unor Conferinte :

1 .Evghenii GONCEARENCO, Monica SCARISOREANU, Iuliana MORJAN, Lavinia GAVRILA-FLORESCU, Iulia Ioana LUNGU, Florian DUMITRACHE, Valentin TEODORESCU, Ioana FORT, The influence of ZnO and noble metals addition on the photocatalytic properties of TiO₂ in visible light, E-MRS 2023 Spring Meeting, Strasbourg, Franta, 29 May - 2 June 2023 (C_P01_30_2436).

2. Evghenii GONCEARENCO, Elena DUTU, Monica SCARISOREANU, Anca Daniela CRIVEANU, Ana- Maria NICULESCU, Claudiu Teodor FLEACA, Valentin TEODORESCU, Ioana FORT, Complex ternary TiO₂/SnO₂/ZnO nanocomposites with photocatalytic properties obtained by facile one-step laser method, E-MRS 2023 Spring Meeting, Strasbourg, Franta, 29 May - 2 June 2023 (C_P02­-43_2441).

3. Evghenii GONCEARENCO, Iulia Ioana LUNGU, Monica SCARISOREANU, Iuliana MORJAN, Izabela CONSTANTINOIU, Cristian VIESPE, Valentin TEODORESCU, Ioana FORT, TiO₂/SnO₂ Nanocomposites obtained by laser pyrolysis technique-properties and applications, 21st International Balkan Workshop on Applied Physics and Materials Science (IBWAP-2023), Constanța, Romania, 11 - 14  July 2023 (S2_P11).

Faza III - 14/05/2024

Fotocatalizatori biocompatibili - optimizare, selectie si demonstrare

Durata Fazei III: 01/01/2023 - 14/05/2024

Valoarea alocata proiectului de la bugetul de stat pentru 2024: 56.000 RON

Etapa 3 (rezumat)

In cadrul acestei etape au fost optimizate conditiile experimentale plecand de la probele cu cele mai bune rezultate obtinute in etapele anterioare (TS-5 si TZ-17) in vederea imbunatatirii proprietatilor vizate in proiect. In acest scop probele obtinute au fost caracterizate morfo-structural si optic, prin tehnici complementare, vizand performantele acestora in procesele de fotocataliza. Fotocatatlizatori binari sau ternari decorati cu nanoparticule de Au/Ag au fost testati in procese de fotodegradare a colorantului metiloranj atat in lumina UV cat si Vis, precum si din punct de vedere al biocompatibilitatii acestora pe celule renale sau keratinocite umane (linie celulara HEK293 respectiv HaCaT). Toate materialele raportate in aceasta etapa prezinta rezultate mai bune atat din punct de vedere al proprietatilor fotocatalitice cat si privind testele de biocompatibilitate comparativ cu standardul industrial P25, cele mai bune 3 configuratii de fotocatalizatori pentru fotodegradarea MO in vizibil au fost identificate ca fiind : tip Ag@ TiO₂-SnO₂-ZnO (22.65*10^-3 min^-1 -proba TZS-5-Ag), tip Ag@ TiO₂-ZnO (18.13*10^-3 min^-1 -proba TZ-17-Ag) si tip Au@ TiO₂ -ZnO(9.6*10^-3 min^-1 -proba TZ-17-Au) comparativ cu standardul industrial P25 Degussa (viteza de fotodegradare 0.09*10^-3 min^-1 ). Luand in considerare si biocompatibilitatea acestor materiale in raport cu celulele dermale sau renale se remarca fotocatalizatorul tip Au@ TiO₂ -ZnO (proba TZ-17-Au). 

Diseminarea rezultatelor:

Articole publicate in jurnale cotate ISI:

1. Goncearenco E, Scarisoreanu M, Fleaca C.T, Dutu E, Criveanu A, Morjan IP, Viespe C, Galca A.C, Teodorescu V.S, Fort C.I, Stan M, The Influence of SnO₂ and Noble Metals on the Properties of TiO₂ for Environmental Sustainability, Sustainability 2024, 16(7), 2904; https://doi.org/10.3390/su16072904

Prezentarea rezultatelor in cadrul unor Conferinte :

2. Anca CRIVEANU, Monica SCARISOREANU, Miruna STAN, Evghenii GONCEARENCO, Lavinia GAVRILA, Elena DUTU, Iulia LUNGU, "Biocompatibility study of the influence of loading process with noble metals on the properties of TiO₂ -SnO₂ nanoparticles", International Conference on Nano science and Nanotechnology (IC2N-2024), online presentation, 17.04.2024, MCF-IC2NBRAS-190424-1660C

Cerere de brevet:

3. Scarisoreanu M, Goncearenco E, Gavrila-Florescu Lavini, Criveanu A, Morjan IP, Banici Ana-Maria “Procedeu de obtinere a nanopulberii de TiO₂-SnO₂-Au ca fotocatalizator pentru decontaminarea mediului ”- A/00230/30/04/2024