Faza 1a: Identificarea şi optimizarea unor seturi de metode instrumentale complexe de caracterizare a materialelor, care să ofere informaţii relevante pentru utilizarea acestora în cadrul proiectului.

Valoare fază: 2.120.879 lei
Termen de predare: 15.06.2019

Rezultate:

1. Trei seturi de metode instrumentale de caracterizare rapidă şi nedistructivă a materialelor cu potenţial catalitic
• setul 1 de metode: S-a identificat setul de metode de analiză pentru nanomaterialele pe bază de grafene cu aplicații în fotocataliză. (analiza difractogramelor de raze X, Analiza Raman, spectroscopie UV-Vis)
• setul 2 de metode: S-a dezvoltat un set de metode de investigare a materialelor cu aplicaţii în electrocataliză care să ofere informații referitoare atât la capacitatea de adsorbție a oxigenului molecular pe suprafața grafenelor cât și la stabilitatea acestor materiale în procesul de adorbție/desorbție a oxigenului molecular
• setul 3 de metode: S-a dezvoltat un set de metode de investigare a materialelor cu aplicaţii în adsorbţia de gaze şi cataliza heterogenă.
2. Pe lângă aceste trei seturi de metode prevăzute în propunere şi realizate în această fază, în cursul activităţilor desfăşurate s-au dezvoltat şi optimizat două metode de preparare a grafenelor dopate cu azot: (1) Metodă experimentală funcţională de laborator pentru prepararea grafenelor dopate cu azot; şi (2) Metodă experimentală de obţinere a grafenelor funcționalizate cu grupări cu azot, prin exfolierea electrochimică a grafitului. Cu ajutorul acestor metode s-au preparat materialele folosite pentru dezvoltarea seturilor de metode de caracterizare.

Diseminarea rezultatelor s-a făcut prin:
• publicarea a 2 articole:

  1. Maria Mihet, Oana Grad, Gabriela Blanita, Teodora Radu, Mihaela D. Lazar, Effective encapsulation of Ni nanoparticles in metal-organic frameworks and their application for CO2 methanation, Int.J.Hydrogen Energy, 44 (2019) 13383-13396; (I.F. 4.229);
  2. D.A. Magdas, A. Pirnau, I. Feher, F. Guyon, I.B. Cozar, Alternative approach of applying 1H-NMR in conjunction with chemometrics for wine classification, LWT – Food Science and Technology, 109 (2019) 422-428 (I.F. 3.129);

• trimiterea unui articol care se află în faza de evaluare: M. Streza, O. Grad, D. Lazar, M. Depriester, S. Longuemart, A.H. Sahraoui, G. Blanita, D. Lupu, Hybrid MOFs-graphene composites: correlation between thermal transport and kinetics of hydrogen adsorption, Int. J. Heat Mass Transfer (I.F. 3.891);
• publicarea unui articol de promovare: INCDTIM Cluj-Napoca – Lider naţional în amprentarea izotopică şi elementală a brânzeturilor româneşti, Market Watch, nr. 213 aprilie 2019, pag. 24-26
• prezentarea unei lucrări la conferinţă: Monica Dan, Maria Mihet, Mihaela Diana Lazar, The flexibility of combined dry and steam reforming of methane for syngas or hydrogen rich gases production, The 12th International Symposium of The Romanian Catalysis Society, RomCat 2019, Bucureşti, 7 – 9 iunie 2019
• prezentarea a două lucrări la workshop:

  1. Măgdaș Dana Alina, Feher Ioana, Cristea Gabriela, Voica Cezara, Dehelean Adriana, Marincaș Olivian, Pușcaș Romulus, Radu Stelian, Elemental and isotopic profiling for food authentication, Final workshop – COST TD 1407, 01-04 aprilie 2019, Zagreb, Croația;
  2. Nicoleta Vedeanu, Voica Cezara, Măgdaș Dana Alina, Bela Kiss, Maria-Georgia Ștefan, Ramona Simedrea, Carmen Georgiu, Cristian Berce, Oliviu Vostinaru, Ionel Fizesan, Marius Rusu, Adriana Grozav, Daniela-Saveta Popa, Subacute toxicity study on rats co-exposed to silver and ruthenium(III) ions via water, Final workshop – COST TD 1407, 01-04 aprilie 2019, Zagreb, Croația

Faza: 1b Identificarea şi optimizarea unor seturi de metode instrumentale complexe de caracterizare a materialelor, care să ofere informații relevante pentru utilizarea acestora în cadrul proiectului.

Valoare fază:  66.982 lei
Termen de încheiere a fazei: 12.06.2020

Rezultate:

Studiu care are ca scop determinarea metodelor optime de caracterizare care să ofere informaţii rapide și suficiente pentru investigarea proprietăților materialelor propuse în cadrul proiectului.

Diseminarea rezultatelor s-a făcut și prin publicarea a 5 articole ISI:
(1) Maria Coroș, Crina Socaci, Stela Pruneanu, Florina Pogăcean, Marcela-Corina Roșu, Alexandru Turza, Lidia Măgerușan, Thermally reduced graphene oxide as green and easily available adsorbent for Sunset yellow decontamination, Environmental Research 182 (2020) 109047
(2) Monica Dan, Maria Miheț, Mihaela D. Lazăr, Hydrogen and/or syngas production by combined steam and dry reformuing methane on nickel catalysts, International Journal of Hydrogen Energy (https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.12.158)
(3) Thomas Dippong, Oana Cadar, Iosif Grigore Deac, Mihaela Lazăr, Gheorghe Borodi, Erika Andrea Levei, Influence of ferrite to silica ratio and thermal treatment on pososity, surface, microstructure and magnetic properties of Zn0.5Ni0.5Fe2O4/SiO2 nanocomposites, Journal of Alloys and Compounds 828 (2020) 154409
(4) Alexandru Turza, Aurel Pop, Marieta Mureșan-Pop, Liviu Zârbo, Gheorghe Borodi, Crystal and molecular structure of starine and andarine, Journal of Molecular Structure 1199 (2020) 126973
(5) Alexandru Turza, Ana Maria Raluca Gherman, Vasile Chiş, Camelia Berghian-Groșan, Gheorghe Borodi, Structural, spectroscopic and theoretical studies of sodium (2-carbamoylphenoxy) acetate salt, Journal of Molecular Structure, 1200 (2020) 127016.

Faza 2:  Evaluarea calităţii uleiurilor vegetale

Valoare fază: 1.664.861 lei
Termen de încheiere a fazei: 12.06.2020

Rezultate:

  1. 4 Metode Analitice pentru evaluarea calităţii uleiurilor alimentare:
    • S-a dezvoltat şi optimizat o metodă rapidă de analiză a uleiurilor alimentare bazată pe spectroscopia Raman
    • S-a dezvoltat şi optimizat o metodă rapidă de analiză a uleiurilor alimentare bazată pe spectroscopia de Fluorescenţă
    • S-a dezvoltat şi optimizat o metodă de cuantificare simultană a vitaminelor liposolubile din uleiurile alimentare bazată pe cromatografia de lichide de înaltă performanţă cu detecţie UV
    • S-a validat metoda de cuantificare simultană a vitaminelor liposolubile din uleiurile alimentare
  1. Model chemometric de clasificare a uleiurilor comestibile pe baza spectrelor Raman
  2. 1 set de date experimentale care conține amprenta izotopică și elementală a uleiurilor studiate
  3. Diseminarea rezultatelor s-a făcut prin:

Spectrele EEM tipice fiecărui set de ulei: floarea soarelui si cânepă

 

Articole ISI (17):

  1. Berghian-Groșan D. A. Măgdaș, Raman spectroscopy and Machine-Learning for edible oils evaluation, Talanta, in print (I.F. 4.916)
  2. Muller-Molnar, C. Berghian-Groșan D. A. Măgdaș, An optimized green preparation method for the successful application of Raman spectroscopy in honey studies, Talanta, 208 (2020), 120432 (I.F. 4.916)
  3. A. Măgdaș, B. I. Cozar, I. Feher, F. Guyon, A. Dehelean, S. Cinta Pinzaru, Testing the limits of FT-Raman spectroscopy for wine authentication: Cultivar, geographical origin, vintage and terroir effect influence, Scientific Reports, 9 (2019), 19954 (I.F. 4.011)
  4. Tecsa, J. A. Mason, X. Miao, B. Johnson, D. Constantin, S. Radu, D. A. Măgdaș, D. Veres, S. B. Marković, A. Timar-Gabor, Latest Pleistocene to Holocene loess in the central Great Plains: Optically stimulated luminescence dating and multi-proxy analysis of the enders loess section (Nebraska, USA) Quaternary Science Reviews, 229 (2020), 106130 (I.F. 4.641)
  5. Vedeanu, C. Voica, D. A. Măgdaș, B. Kiss, M. G. Stefan, R. Simedrea, C. Georgiu, C. Berce, O. Vostinaru, R. Boros, I. Fizesan, M. E. Rusu, A. Ignat, F. Loghin, D.-S. Popa. Subacute co-exposure to low doses of ruthenium (III) changes the distribution, excretion and biological effects of silver ions in rats – Environmental Chemistry– Doi: 10.1071/EN19249 (I.F. 2.193)
  6. Cristea, A. Dehelean, C. Voica, I. Feher, R. Pușcaș, D.A. Măgdaș, Isotopic and elemental analysis of apple and orange juice by isotope ratio mass spectrometry (IRMS) and inductively coupled plasma – mass spectrometry (ICP-MS). Analytical letters (2020). (I.F. 1.248)
  7. Cristea, I. Feher, C. Voica, S. Radu, D.A. Magdas, Isotopic and elemental profiling alongside with chemometric methods for vegetable differentiation. Isotopes in Environmental and Health Studies 56(1): 69-82 (2020). https://doi.org/10.1080/10256016.2020.1720672. (I.F. 1.367)
  8. Avram-Floare, F. Covaciu, C. Voica, R. Puscas, I. Feher, O. Marincas, D.A. Magdas. Differentiation of tomatoes based on isotopic, elemental and organic markers. Journal of Food Science and Technology 57(6): 2222-2232 (2020). (I.F. 1.850).
  9. Voica, A. Iordache, R.E. Ionete. Multielemental characterization of honey using inductively coupled plasma mass spectrometry fused with chemometrics. J Mass Spectrom. Doi: 10.1002/jms.4512, 1-13 (2020). (I.F. 2.267)
  10. Voica, C. Roba, A. Iordache. Lithium Levels in Food from the Romanian Market by Inductively Coupled Plasma – Mass Spectrometry (ICP-MS): A Pilot Study. Analytical Letters. https://doi.org/10.1080/00032719.2020.1748642. Published online: 20 Apr 2020 (I.F. 1.248)
  11. Puscas. Correlation of the Stable Hydrogen and Oxygen Isotope of the Atmospheric Humidity with form Cluj-Napoca, Romania. Acceptat Analytical Letters 2020 (I.F. 1.248)
  12. Voica, C. Rosu, A. Iordache, I.C. Pistea, M. G. Miricioiu. The Romanian consumer among education, information, health risk, food quality and ethics. Revista de Chimie 71(2): 436-442 (2020). https://doi.org/10.37358/RC.20.2.7946 (I.F. 1.605).
  13. Voica, A. Iordache, M. Miricioiu, D.A. Magdas, G. Cristea. Preliminary study to characterize edible oils using elemental analysis (ICP-MS) and isotope ratio mass spectrometry (IRMS). Revista de Chimie. Accepted for publication in no. 4/2020. (I.F. 1.605)
  14. Feher, D. A. Magdas, A. Dehelean, C. Sârbu. Characterization and classification of wines according to geographical origin, vintage and specific variety based on elemental content: a new chemometric approach, Journal of Food Science and Technology 56 (2019), https://doi.org/10.1007/s13197-019-03991-4 (I.F. 2.391 )
  15. -C. Suciu, L. Zarbo, F. Guyon, D. A. Magdas. Application of fluorescence spectroscopy using classical right angle technique in white wines classification, Scientific Reports 9 (2019), https://doi.org/10.1038/s41598-019-54697-8 (I.F. 4.011)
  16. A. Magdas, I. Feher, G. Cristea, C. Voica, A. Tabaran, M. Mihaiu, D. V. Cordea, V. A. Bâlteanu, S. D. Dan. Geographical origin and species differentiation of Transylvanian cheese. Comparative study of isotopic and elemental profiling vs. DNA results, Food Chemistry 227 (2019), https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2018.10.103 (I.F. 5.399)
  17. Turza, A.l Pop, M. Muresan-Pop, L. Zarbo, G. Borodi. Crystal and molecular structure of ostarine and andarine, Journal of Molecular Structure 1199 (2020), https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2019.126973 (I.F. 2.120)

Lecție Invitată:

  1. A. Măgdaș – “Prospecting the potential of FT-Raman spectroscopy for wine classification”, JRC-Geel, Geel, Belgia, 21-22 ianuarie, 2020

Capitole carte (2):

  1. A. Măgdaș, G. Cristea, I. Feher, O. Marincaș, Capitol carte – Isotopes, traceability and omics, in Comprehensive Foodomics, Editor Daniel Cozzolino, in print 2020, editura Elsevier
  2. Voica, I. Feher, A. Iordache. “Evaluation of metal concentration in herbal tea beverages by ICP-MS and chemometrics techniques“.Quality Control in the Beverage Industry, vol. 17: The Science of Beverage, ed. Al. Grumezescu, A. M. Holban, Woodhead Publishing, an imprint of Elsevier, 2019, ISBN: 978-012-816682-6 (online), chapter 6, pag. 205-221.

Brevet:

  1. Vulcu, C. Groșan, S. Porav. „Material hibrid pe bază de grafene dopate cu sulf și conținut redus de platină, eficient în reacția de oxidare a metanolului”, Cerere brevet A/00272/2019 (Brevetul apare în BOPI 11/2019)

Participări la Conferinţe (16):

  1. Marincaş, I. Feher, V. Floare-Avram, A. Magdas. “Quality assessment of lavender essential oils collected from various Romanian local producers”, 12th International Conference Processes in Isotopes and Molecules (PIM), 25-27 September 2019, Cluj-Napoca, Romania.
  2. Cristea, C. Voica, R. Puscas, D A Magdas, I. Feher, S. Radu. “Isotopic and elemental profiling alongside with chemometric methods for pork chop samples differentiation”, 12th International Conference Processes in Isotopes and Molecules (PIM), 25-27 September 2019, Cluj-Napoca, Romania.
  3. Feher, O. Marincas, V. Floare-Avram, F. Covaciu, D. A. Magdas. “Edible oils evaluation using fat soluble vitamins (FSV) content”, 12th International Conference Processes in Isotopes and Molecules (PIM), 25-27 September 2019, Cluj-Napoca, Romania.
  4. D. Covaciu, D. A. Magdas, Z. Moldovan.„Method for the extraction and quantification of fatty acid distribution in edible vegetable oils”, 12th International Conference Processes in Isotopes and Molecules (PIM), 25-27 September 2019, Cluj-Napoca, Romania.
  5. Floare-Avram, F. Covaciu, C. Voica, R. Puscas, I. Feher, O. Marincas, A. Magdas. “Comprehensive evaluation of tomatoes using pesticides, phenolics, multielemental and isotopic content”, 12th International Conference Processes in Isotopes and Molecules (PIM), 25-27 September 2019, Cluj-Napoca, Romania.
  6. Puscas. “Correlation of the Stable Hydrogen and Oxygen Isotope of the Atmospheric Humidity with form Cluj-Napoca, Romania”, 12th International Conference Processes in Isotopes and Molecules (PIM), 25-27 September 2019, Cluj-Napoca, Romania.
  7. Voica, A. M. Iordache, R. Ionete. “Estimation of honey authenticity by multielements characteristics using inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS) combined with chemometrics”, IMMS, Italia, Mai 2019.
  8. Voica, I. Feher, D. A. Magdas, G. Cristea, A. M. Iordache. “Distribution of lithium content in Romanian foods using ICP-MS technique”, 12th International Conference Processes in Isotopes and Molecules, 25-27 september 2019, Cluj-Napoca, Romania.
  9. Socaci, M. Coros, S. Pruneanu, F. Pogacean, M. C. Rosu, A. Turza and L. Magerusan. „Reduced graphene oxide as easily available adsorbent for sunset yellow removal”, 12th International Conference Processes in Isotopes and Molecules, 25-27 september 2019, Cluj-Napoca, Romania.
  10. Coroş, F. Pogăcean, C. Socaci, M. C. Roşu, A. Turza and S. Pruneanu. „Graphene oxide and reduced graphene oxide obtained from high purity graphite”, 12th International Conference on Processes in Isotopes and Molecules (PIM 2019), September 25-27, 2019, Cluj-Napoca, Romania.
  11. Dan, A. Vulcu, S. Porav, C. Grosan, S. Varvara. “Graphene-Based Nanomaterials for Environmental Protection”, International U.A.B. – B.En.A. Workshop “Environmental Engineering and Sustainable Development”, 20-21 June 2019, Alba-Iulia, Romania.
  12. D. Lazar, M. Dan, M. Mihet. „Combined steam and dry reforming of methane over Ni/Al2O3 based catalysts”, European Catalysis Congress „EuropaCat 2019”, 18– 23 august 2019, Aachen, Germania.
  13. Dan, M. Mihet, M. D. Lazar. „The flexibility of combined dry and steam reforming of methane for syngas or hydrogen rich gases production”, The 12th International Symposium of The Romanian Catalysis Society “RomCat 2019”, 4 – 7 iunie 2019, București, Romania.
  14. Miheţ, G. Blăniţă, M. Dan, L. Barbu-Tudoran, M. D. Lazar. „Pt/UiO-66 catalysts for methanation of carbon dioxide”, The 12th International Symposium of The Romanian Catalysis Society “RomCat 2019”, 4 – 7 iunie 2019, București, Romania.
  15. Dan, M. Mihet, M. D. Lazar. „Combined steam and dry reforming of methane for syngas production from biogas”, The 12th International Symposium of The Romanian Catalysis Society “RomCat 2019”, 4 – 7 iunie 2019, București, Romania.
  16. Coroş, F. Pogacean, C. Socaci, A. Turza, S. Pruneanu. „Effects of hydrothermal reaction and annealing temperature on the quality of nitrogen-doped graphene”, International Conference on Materials and Nanomaterials (MNs-19), 17-19 iulie 2019, Paris, Franța.

Faza 3: Compozite pe bază de grafene cu aplicații în procese de adsorpție/fotocataliză la interfața solid/lichid – cu adresabilitate în probleme de mediu

Valoare fază: 1.993.354 lei
Termen de încheiere a fazei: 31.05.2021

Rezultate:

1. Nanocompozite pe bază de grafene cu proprietăți îmbunătățite pentru procese de adsorbție și/sau fotodegradare (3)

Compozitele pe bază de grafene (TiO2Ag-NGrMEL, TiO2Ag-NGrPPA, TiO2Pt-NGrMEL, TiO2-PtNGrPPA) au fost preparate pornind de la nanoparticule de TiO2 cu nanoparticule de argint, respectiv de platină, metalul fiind în procent de 2.3%. La acestea a fost adăugată grafenă dopată cu azot fie cu ajutorul melaminei, fie cu para-fenilendiamină. Toate compozitele preparate prezintă un potențial îmbunătățit pentru experimente de forodegradare a poluanților organici induse de lumină vizibilă.

2. Metoda de testare a adsorbției

A fost dezvoltată o metodă de adsorbție a unui poluant organic test (sunset yelow – SY) pe suprafața grafenei reduse termic. Metoda a fost finalizată prin identificarea pH-ului optim al soluției de colorant, concentrația acestuia, respectiv concentrația optimă de grafenă ca și adsorbent. Caracterizarea structurală a TRGO înainte și după adsorbția colorantului SY demonstrează o adsorbție favorabilă, cu modificări structurale vizibile în spectrele FTIR, XRD, XPS, TGA și BET. Evaluarea cantitativă atât a parametrilor termodinamici cât și a celor cinetici dovedește încă o dată eficiența adsorbției colorantului SY. Datele prezentate indică faptul că TRGO ar trebui investigat suplimentar ca un material adsorbant eficient pentru depoluarea apelor.

3. Metoda de testare a adsorbției/fotodegradare pentru poluanți organici

A fost dezvoltată o metodă de adsorbție/fotodegradare a unui poluant organic (sulfametoxazol – SMX) prin fotooxidarea acestuia indusă de un compozit pe bază de TiO2Ag cu grafenă dopată cu azot (TiO2Ag-NGr pornind de la melamină) și în prezența luminii vizibile. Metoda conține date cu privire la influența concentrației de poluant în soluția inițială, respectiv a concentrației de fotocatalizator. Au fost evaluați cantitativ parametrii termodinamici ai etapei de adsorbție, esențială în declanșarea procesului de degradare, respectiv parametrii cinetici ai procesului final. Datele obținute indică potențialul ridicat al compozitelor pe bază de grafene în utilizarea ca și fotocatalizatori pentru degradarea poluanților organici reticenți la procesele de epurare, având avantajul de a fi eficienți în prezența luminii vizibile.

Diseminarea rezultatelor s-a făcut prin:
Publicarea a 3 articole:

– A. Vulcu, T. Radu, A.S. Porav, C. Berghian-Groșan, Low-platinum catalyst based on sulfur doped graphene for methanol oxidation in alkaline media, Materials Today Energy 19 (2021) 100588;
– Monica Dan, Maria Miheț, Gheorghe Borodi, Mihaela D. Lazăr, Combined steam and dry reforming of methane for syngas production from biogas using bimodal pore catalysts, Catalysis Today 366 (2021) 87–96
– Andrii Butkovskyi, Yuying Jing, Hege Bergheim, Mihaela Diana Lazăr, Ksenia Gulyaeva, Sven Roar Odenmarck, Hans Ragnar Norli, Karolina M. Nowak, Anja Miltner, Matthias Kästner, Trine Eggen, Retention and distribution of pesticides in planted filter microcosms designed for treatment of agricultural surface runoff, Science of the Total Environment 778 (2021) 146114

Obiectivul acestei faze de implementare a proiectului a fost îndeplinit în totalitate prin prepararea compozitelor pe bază de grafene cu proprietăţile dorite şi utilizarea cu succes a acestora în adsorbţia şi fotodegradare a poluanţilor (molecule organice de coloranţi şi/sau antibiotice).

Faza 4b: Sisteme supra-moleculare complexe cu aplicații în biomedicină: complecşi antioxidanți pe bază de structuri biohibride de tip MOF- biomoleculă

Valoare fază: 1.739.552 lei
Termen de încheiere a fazei: 10.12.2021

Rezultate de cercetare:

Rezultatele obținute în această fază a proiectului sunt: Bază de date (1), Modele chemometrice (2), Articole ISI (8), Conferințe (2)

1. Baza de date (1)

S-a constituit o baza de date ce conține amprentele izotopice şi elementale ale probelor de miere din România şi Franța şi care au fost investigate în cadrul acestui studiu.

2. Modele chemometrice (2)

A fost dezvoltat un model chemometric pentru diferențierea originii geografice a mierii. Cu ajutorul acestui model s-a putut efectua discriminarea geografică a probelor de miere investigate cu o acuratețe de peste 96% (LDA) şi respectiv 98% (SIMCA). Astfel, a fost demonstrată eficienţa markerilor izotopici şi elementali în coroborare cu metodele statistice supervizate (LDA şi SIMCA) pentru determinarea originii geografice a mierii.

S-a realizat un model de clasificare a probelor de miere în raport cu originea botanică a acesteia. Astfel, clasificarea SIMCA a fost efectuată pentru a diferenția simultan soiurile de miere (salcâm, tei, floarea-soarelui și rapiță). S-a obținut o clasificare simultană corectă a mierilor de salcâm, tei, floarea soarelui și rapiță, în procent de 80 %.

Diseminarea rezultatelor s-a făcut prin:
Publicarea a 8 articole:

  1. D.A Magdas, F. Guyon, C. Berghian-Grosan, Cs. M Molnar. Challenges and a step forward in honey classification based on Raman spectroscopy, Food Control 107769 (2021)
  2. D.A. Magdas, F. Guyon, R. Puscas, A. Vigouroux, L. Gaillard, A. Dehelean, I. Feher, G. Cristea. Applications of emerging stable isotopes and elemental markers for geographical and varietal recognition of Romanian and French honeys. Food Chemistry 334, 127599 (2021)
  3. F. Guyon, E. Logodin, D.A. Magdas, L. Gaillard. Potential of FTIR-ATR diamond in discriminating geographical and botanical origins of honeys from France and Romania. Talanta Open 3, 100022 (2021)
  4. C. Berghian-Grosan, D.A. Magdas. Novel insights into the vegetable oils discrimination revealed by Raman spectroscopic studies.J. Molecular Structure 1246, 131211 (2021)
  5. G. Cristea, A. Dehelean, C. Voica, I. Feher, R. Puscas, D.A. Magdas. Isotopic and Elemental Analysis of Apple and Orange Juice by Isotope Ratio Mass Spectrometry (IRMS) and Inductively Coupled Plasma – Mass Spectrometry (ICP-MS). Analytical Letters 54 (1–2): 212–226 (2021).
  6. C. Voica, C. Roba, A.M. Iordache. Lithium Levels in Food from the Romanian Market by Inductively Coupled Plasma – Mass Spectrometry (ICP-MS): A Pilot Study. Analytical Letters 54: 242-254 (2021).
  7. R. Puscas. Correlation of the Stable Hydrogen and Oxygen Isotopes with the Atmospheric Humidity from Cluj-Napoca, Romania. Analytical Letters 54(1-2): 17-27 (2021)
  8. C. Voica, C. Nechita, A.M. Iordache, C. Roba, R. Zgavarogea, R.E. Ionete. ICP–MS assessment of essential and toxic trace elements in foodstuffs with different geographic origins available in Romanian supermarkets. Molecules 26, 7081 (2021)

Participarea la 2 conferințe internaționale:

  1. Voica, C. Roba, A. M. Iordache. Concentrations and exposure risks of toxic elements in facial cosmetics.  13th International Conference Processes in Isotopes and Molecules, Cluj Napoca, Romania, 22- 24 septembrie 2021.
  2. M. Iordache, C. Voica, C. Nechita. Climate change shifts the trend of metalloid content in the last two decades. International Conference “New Cryogenic and Isotopes Technologies for Energy and Environment – EnergEn, Baile Govora, Romania, 26-29 octombrie 2021

 

Faza 5: Materiale hibride multifuncționale pe bază de grafene și compuși cu porozitate controlată, cu activitate catalitică in reacții cu implicarea hidrogenului și activitate electrocatalitică pentru reacția de reducere a oxigenului

Valoare fază: 1.777.543 lei
Termen de încheiere a fazei: 08.12.2022

Rezultate de cercetare:

Rezultatele și concluziile prezentei etape de implementare a proiectului sunt prezentate în continuare:

  • Pentru hidrogenarea selectivă a nitrobenzenului s-au preparat și caracterizat 4 materiale nanocompozite de tipul Pt(x%)/MIL-101(Cr), cu concentrații de 0.1, 0.5, 1.0 și 2.0% Pt, 1 material nanocompozit de tipul Au(2%)/MIL-101(Cr) și un material nanocompozit bimetalic de tipul Au(1%)-Pt(1%)/MIL-101(Cr). Rezultatele obținute în urma caracterizărilor au dovedit obținerea compoziției dorite, structura poroasă și distribuția nanoparticulelor de Pt de 2-2.5 nm, de Au de 3-4 nm și Au-Pt de 2-2.5 nm în porii suportului catalitic.
  • S-a investigat activitatea catalitică a fiecărui material compozit în reacția catalitică de hidrogenare selectivă a nitrobenzenului în fază lichidă. Testarea activității materialelor compozite a vizat studiul influenței următorilor parametri catalitici: temperatură, timp de reacție, presiune H2, raport molar Me:NB, grad de reutilizare a unei șarje de catalizator și stabilitatea catalizatorilor în mediul de reacție.
  • S-a propus o metodă de testare a catalizatorilor în reacția de hidrogenare selectivă a nitrobenzenului pentru care s-au stabilit temperatura și presiunea de H2 optime (30°C; 2 bar) şi raportul Pt:NB până la care reacția este eficientă (1:1141). S-au făcut studii de stabilitate și reutilizare a catalizatorului, demonstrându-se stabilitatea deosebită a acestor materiale în condițiile de reacție studiate.
  • Materialul compozit Pt(1%)-Au(1%)/MIL-101(Cr) prezintă activitatea catalitică cea mai bună în reacția de hidrogenare selectivă a nitrobenzenului în fază lichidă.
  • Pentru reacția de reformare a metanului cu dioxid de carbon s-au preparat 5 catalizatori pornind de la suportul de oxid de siliciu de tip SBA-15 cu structură poroasă ordonată, folosind 2 metode de preparare: (i) metoda impregnării (IWI) prin care s-au obținut 3 catalizatori cu concentrații diferite de Ni și cu dimensiuni medii ale nanoparticulelor metalice de cca. 9nm (Ni5-IWI, Ni10-IWI, Ni20-IWI, unde numărul reprezintă concentrația în % masice; (ii) metoda topirii-infiltrării (MI) prin care s-au preparat 2 catalizatori cu 10% Ni, cu dimensiuni diferite ale nanoparticulelor pe suport, funcție de starea inițială a cestuia: dacă s-a folosit SBA-15 calcinat s-au obținut nanoparticule de Ni de 9 nm (Ni10-MI), iar dacă suportul a fost necalcinat, dimensiunea medie a acestora a fost de 1 nm (Ni10-MI-(1nm)).
  • Activitatea catalitică a catalizatorilor preparați s-a făcut fie prin teste la temperatură programată în domeniul 250 – 750°C (TPRea), fie prin teste de stabilitate la 700°C, în diferite condiții de reacție, pentru cel mai performant catalizator.
  • Testele de tip TPRea au arătat că activitatea catalitică crește cu creșterea temperaturii, conversia CO2 fiind în general mai mare decât cea a CH4 ca urmare a contribuției reacției secundare de producere a gazului de apă (RWGS) ce consumă o cantitate suplimentară de CO2. Din același motiv, raportul H2/CO este subunitar întrucât RWGS aduce o cantitate suplimentară de CO în produșii de reacție. În plus, activitatea catalitică crește cu creșterea concentrației metalice, iar între catalizatorii cu aceeași concentrație a Ni, cei mai performanți sunt cei obținuți prin topire-infiltrare datorită interacțiunii metal-suport mai accentuate. Cel mai eficient catalizator este cel cu o dimensiune medie a NP de Ni de 1nm (Ni10-MI-(1nm)).
  • Testele de stabilitate efectuate pentru Ni10-MI-(1nm) la 700°C în diferite condiții au evidențiat că utilizarea unui amestec de reacție diluat cu Ar pentru aceeași viteză de curgere a gazelor (72 L g-1 h-1) permite desfășurarea testelor de stabilitate la 700°C pentru o perioadă mai îndelungată (cel puțin 14 h), dar cu performanțe catalitice inferioare. În plus, utilizarea catalizatorului granulat la 125 mm asigură obținerea unor conversii ale CH4 și CO2 apropiate ca valoare, dar și un raport H2/CO mai apropiat de valoarea de echilibru termodinamic ca urmare a limitării contribuției RWGS în proces. Dacă în schimb se diluează patul catalitic cu SiC este favorizată reacția de descompunere a metanului ca urmare a limitării punctelor mai reci în stratul catalitic.
  • Creșterea vitezei de curgere a gazelor pentru același amestec de reacție prin diluare cu Ar contribuie la posibilitatea desfășurării reacției pentru o perioadă mai îndelungată de timp ca urmare a depunerii carbonului cu o viteză mai mică, ceea ce limitează creșterile de presiune în reactorul catalitic.
  • S-a propus o metodă de laborator optimizată pentru reformarea metanului cu dioxid de carbon: Ni(10%)/SBA-15 obținut prin topire-infiltrare pe suport SBA-15 necalcinat, cu dimensiuni medii ale nanoparticulelor de Ni de 1 nm (Ni10-MI-(1NM)), m = 150 mg, granulație 125 mm, FCH4 = FCO2 = 30 ml/min, FAr = 60 ml/min, CH4 : CO2 : Ar = 1:1:2, 48 L g-1 h-1 , curgere cu deplasare, 650°C – 750°C.
  • Pentru reducerea electrolitică a oxigenului, s-a propus 1 procedeu de preparare a materialelor hibride cu activitate electrocatalitică în reacția de reducere a oxigenului S-au preparat două materiale pe bază de grafene dopate cu azot și decorate cu nanoparticule de oxid de fier prin două metode de sinteză. Compozitele au fost caracterizate structural și morfologic și apoi testate ca și catalizatori în reacția de reducere a oxigenului (ORR) în mediu alcalin. Testele electrochimice evidențiază un răspuns clar superior al materialelor preparate (Fe-N-Gr-1 și Fe-N-Gr-2) comparativ cu Pt/C, astfel că după 500 cicluri catalizatorii dopați cu fier mai păstrează 44% din activitate (Fe-N-Gr-1), respectiv 36.3% (Fe-N-Gr-2), în timp ce Pt/C doar 14%.
  • S-a demonstrat potențialul imens de regenerare al catalizatorilor pe bază de fier utilizând o metodă electrochimică simplă. Astfel, chiar și după al doilea ciclu de regenerare, ambii catalizatori indică o activitate catalitică de 94.4%, păstrând, după al 3-lea ciclu de testare în ORR, 8% din activitate (Fe-N-Gr-1), respectiv 33.9% (Fe-N-Gr-2). Aceste rezultate demonstrează faptul că activitatea catalitică a materialelor investigate poate fi optimizată cu succes prin regenerare și astfel durata de viață a catalizatorului poate fi extinsă.
  • În plus, am arătat că o abordare bazată pe măsurători spectroscopice Raman și algoritmi de învățare automată este potrivită pentru investigarea duratei de viață a catalizatorilor și evaluarea gradului de regenerare. Folosind această abordare, am evidențiat posibilitatea unei estimări rapide și fiabile a caracteristicilor compozitelor, pe bază de grafene decorate cu nanoparticule de oxid de fier, implicate în diferite procese, ORR sau regenerare.
  • Considerăm că obiectivul proiectului pentru acest stadiu de realizare a fost îndeplinit în totalitate.

Diseminarea rezultatelor s-a făcut prin:
Publicarea a 14 articole:

  1. Turza, A. Ulici, M. Muresan-Pop, G. Borodi, Solid forms and β-cyclodextrin complexation of turinabol, Acta Cryst. (2022). C78, 305–313;
  2. G. Grosu, F. Martin, A. Turza, M. Miclaus, I. Kacso, G. Borodi, Structural studies of various olmesartan solvates, (2022). Acta Cryst. C78;
  3. Turza, V. Popescu, L. Mare, G. Borodi, Structural Aspects and Intermolecular Energy for Some Short Testosterone Esters, Materials 2022, 15, 7245;
  4. Urda, T. Radu, C. Socaci, V. Floare-Avram, D. Cosma, M. C. Rosu, M. Coros, S. Pruneanu, F. Pogacean, Evaluation of N-doped graphene role in the visible-light driven photodegradation of sulfamethoxazole by a TiO2-silver-graphene composite, Journal of Photochemistry & Photobiology, A: Chemistry 425 (2022) 113701;
  5. Dippong, M. D. Lazar, I. G. Deac, P. Palade, I. Petean, G. Borodi, O. Cadar, The effect of cation distribution and heat treatment temperature on the structural, surface, morphological and magnetic properties of MnxCo1−xFe2O4@SiO2 nanocomposites, Journal of Alloys and Compounds 895 (2022) 162715;
  6. Dan, M. Mihet, L. Barbu-Tudoran, M. D. Lazar, Biogas upgrading to syngas by combined reforming using Ni/CeO2–Al2O3 with bimodal pore structure, Microporous and Mesoporous Materials 341 (2022) 112082;
  7. A. Dinu, S. Kurbanoglu, C. Romanitan, S. Pruneanu, A. B. Serban, M. C. Stoian, C. Pachiu, G. Craciun, Electrodeposited copper nanocubes on multi-layer graphene: A novel nanozyme for ultrasensitive dopamine detection from biological samples, Applied Surface Science 604 (2022) 154392;
  8. Lorusso, A. Calisi, J. C. Sanchez-Hernandez, C. Varodi, F.a Pogacean, S. Pruneanu, F. Dondero, Carbon nanomaterial functionalization with pesticide-detoxifying carboxylesterase, Chemosphere 309 (2022) 136594;
  9. M. Iordache, C. Nechita, C. Voica, C. Roba, O. R. Botoran, R. E. Ionete, Assessing the health risk and the metal content of thirty-four plant essential oils using the ICP-MS Technique, Nutrients. 2022. 14(12), 2363;
  10. Voica, A. M. Iordache, C. Roba, C. Nechita, Determination of toxic elements in facial cosmetics from the Romanian market and their health risk assessment, Analytical Letters. 2022. Doi. 10.1080/00032719.2022.2053699;
  11. M. Iordache, C. Nechita, R. Zgavarogea, C. Voica, M. Varlam, R. E. Ionete, Accumulation and ecotoxicological risk assessment of heavy metals in surface sediments of the Olt River, Romania, Scientific Reports, 2022. Volume12, Issue 1. Doi. 10.1038/s41598-022-04865-0;
  12. M. Iordache, C. Nechita, C. Voica, T. Pluhacek, K. A. Schug, Climate change extreme and seasonal toxic metal occurrence in Romanian freshwaters in the last two decades-case study and critical review, NPJ Clean Water. 2022. Volume 5, Issue 1. Doi. 10.1038/s41545-021-00147-w;
  13. V. Floare-Avram, O. Marincas, I. Feher, F.-D.a Covaciu, C. G. Floare, M. D. Lazar, D. A. Magdas, Characterization of the Adsorption of Bisphenol A and Carbamazepine from Aqueous Solution on Graphene Oxide and Partially Reduced Graphene Oxide by High-Performance Liquid Chromatography (HPLC), Analytical Letters, https://doi.org/10.1080/00032719.2022.2055562;
  14. Dehelean, D. A. Magdas, I. Feher, R. H Puscas, A. R. Hategan, V. Mirel, S. Mirel, C. Crivii, Characterization of the Maximal Nutritional Value of Lactuca sativa (Lettuce) Based upon Elemental Analysis, Analytical Letters. https://doi.org/10.1080/00032719.2022.2067557

Publicarea unui capitol de carte:

  • Lazar, Mihaela D., Mihet, Maria and Dan, Monica (2022) Hydrogen to Methane-An Important Step in the Power-to-Gas Concept. In: Letcher, Trevor M. (eds.) Comprehensive Renewable Energy, 2nd edition, vol. 4, pp. 553–565. Oxford: Elsevier

Participarea la 3 conferințe internaționale:

  1. Oana Grad, Monica Dan, Maria Mihet, Angela Kasza, Gabriela Blanita, Diana Lazar, Selective hydrogenation of nitrobenzene over Pt/MIL-101 catalysts, The 13th International Symposium of The Romanian Catalysis Society, RomCat 2022, Baila Govora, 20 – 24 iunie 2022;
  2. Oana Grad, Abdelmalek Malouche, Maria Mihet, Monica Dan, Diana Lazar, Claudia Zlotea, Gabriela Blanita, Influence of Pd nanoparticle size on formic acid decomposition, The 13th International Symposium of The Romanian Catalysis Society, RomCat 2022, Baila Govora, 20 – 24 iunie 2022;
  3. Alexandra Urda, Crina Socaci, Teodora Radu, Veronica Floare-Avram, Dragos Cosma, Marcela Corina Rosu, Evaluation of N-doped graphene role in the photodegradation of sulfamethoxazole, The 13th International Symposium of The Romanian Catalysis Society, RomCat 2022, Băile Govora, 20 – 24 iunie 2022.