Faza 1: Selecția, prepararea și caracterizarea structurală a materialelor compozite pe bază de carbon nanostructurat cu potențial catalitic în valorificarea glicerinei și CO2. Realizare și testare montaj experimental plasmă rece.

Valoare fază: 1.840.787,23 lei
Termen de predare: 07.12.2023

Rezultate de cercetare:

Rezultatele obținute în această fază de implementare a proiectului sunt:

1. Produse:

(i) set-up experimental pentru testarea preliminară a reacţiei de oxidare a glicerinei ȋn plasmă non-termică format dintr-un un reactor de 3 ml cu funcţionare statică, plasat ȋn plasmă rece generată ȋn gazul plasmogen Ar(80%)+O3(20%);

(ii) “celulă autonomă de reacție” pentru oxidarea glicerinei ȋn plasmă non-termică care reunește într-un monobloc componentele unui reactor chimic cu plasmă și dispozitivul de recirculare care va permite tratamentul dinamic al amestecului de reacţie. Folosind ansamblul sursă de ȋnaltă tensiune (16 kV) – celulă, la puterea de 50W s-a obţinut o descărcare ȋn plasmă cu următoarele caracteristici: densitatea de curent în plasmă: je = 12 mA/cm2; concentrația electronilor: ne = 192 * 106/cm3; densitatea de putere în plasmă: pplasma = 30 W/cm3; temperatura plasmei: 36-37⁰C.

2. Materiale:

(i) seria de catalizatori de metale nobile depuse pe grafene cu structură poroasă tridimensională (3DrGO) formată din: Pt(2%)/3DrGO, Au(2%)/3DrGO și Au(1%)-Pt(1%)/3DrGO;

(ii) seria de catalizatori de carbon 3D cu structură poroasă ordonată – CuO/ZnO/Al2O3 (C3D – CZA) formată din: 3 catalizatori copreciptaţi cu Na2CO3 C3D-50-CZA¬Na2CO3, C3D-100-CZANa2CO3, C3D-200-CZANa2CO3 şi 3 catalizatori copreciptaţi cu NaHCO3 C3D-50-CZA NaHCO3¬, C3D-100-CZANaHCO3, C3D-200-CZANaHCO3.

3. Metode:

  • metodă de preparare a catalizatorilor bimetalici pe bază de carbon nanostructurat de tip Au-Pt/grafenă 3D;
  • metodă de preparare a fotocatalizatorilor Au-TiO2-grafenă şi Au-TiO2-gC3N4;
  • Metoda optimizată de obținere a catalizatorilor multicomponenți de tipul Cu-ZnO-Al2O3-Carbon3D (C3D-CZA)

4. Proiect tehnic: proiect CAD elemente componente reactor plasmă rece (circuitele electronice, celula de reacție, subansamblurile mecanice)

5. Studiu:  studiu privind parametrii de reacție (timpul – 6 valori ȋntre 2.5 si 30 min şi concentraţia glicerinei ȋn soluţie apoasă – 100%, 50% si 30%) ṣi parametrii descărcării electrice (puterea de intrare – 25W şi 50W) pentru proiectarea ṣi preoptimizarea reactorului cu plasmă rece;

6. Cerere de brevet: Cerere OSIM nr. A/00653 din 2.11.2023 „Celulă autonomă de reacție pentru tratarea / procesarea chimică a probelor lichide în plasmă rece”; autori: G. Blăniţă, C. Tudoran

7. Articole:

8. Conferințe:

  • (1) Grad, M. Dan, M. Mihet, A. Kasza, G. Blanita, D. Lazar, “Selective hydrogenation of nitrobenzene over MOFs supported NPs-catalysts” 24th International Conference “New Cryogenic and Isotope Technologies for Energy and Environment” (EnergEn 2023), Baile Govora, Romania, 18-20 octombrie 2023 (oral presentation). – a câştigat premiul pentru cea mai bună prezentare.
  • (2) Vulcu, T. Radu, A. Turza, C. Grosan, “Nitrogen-doped graphene decorated with iron oxide nanoparticles as highly efficient electrocatalyst for oxygen reduction reaction in alkaline media”, 24th International Conference “New Cryogenic and Isotope Technologies for Energy and Environment” (EnergEn 2023), Baile Govora, Romania, 18-20 octombrie 2023 (oral presentation)
  • (3) Mihet, A.M. Kasza, O. Grad, A. Turza, M. Dan, M.D. Lazar – MOF(Al)-derived catalysts with enhanced activity in CO2 methanation, 15th European Congress on Catalysis (EuropaCat 2023), Prague, Czech Republic, 27 August – 01 September 2023 (poster presentation).
  • (4) Grad, M. Dan, M. Mihet, A. Kasza, G. Blanita, D. Lazar, “MOFs supported NPs-catalysts for selective liquid-phase hydrogenation of nitrobenzene” 14th International Conference Processes in Isotopes and Molecules (PIM 2023), Cluj-Napoca Romania, 19-22 Septembrie 2023 (poster presentation).
  • (5) M. Kasza, O. Grad, A. Turza, M. Dan, M.D. Lazar and M. Mihet – “MIL-53(Al)-derived Ni catalysts for CO2 hydrogenation”, 14th International Conference Processes in Isotopes and Molecules – PIM 2023, 19-22 September 2023, Cluj-Napoca, Romania (poster presentation).
  • (6) C. Rosu, D.V. Cosma, A. Urda, C. Socaci, A. Turza, S.C. Tripon; “One-pot synthesis of Au/TiO2±graphene oxide photoactive nanocomposites” 14th International Conference Processes in Isotopes and Molecules – PIM 2023, 19-22 September 2023, Cluj-Napoca, Romania (poster presentation).

Faza 2a: Selecția, prepararea și caracterizarea structurală a materialelor compozite pe bază de carbon nanostructurat cu potențial catalitic în valorificarea glicerinei și CO2. Realizare și testare montaj experimental plasmă rece.

Valoare fază: 678.134,58 lei
Termen de predare: 14.06.2024

Rezultate de cercetare:

Rezultatele obținute în această fază de implementare a proiectului sunt:

1. Materiale:

(i) Seria de nanocompozite Au/Pt-TiO2 ± trGO formată din: Au-TiO2, Au-TiO2-trGO, Pt-TiO2, Pt-TiO2-trGO au fost preparate cu succes prin metoda hidrotermală one-pot, urmată de un tratament termic în atmosferă controlată, obținându-se structuri de TiO2 asemănătoare panglicilor, decorate cu nanoparticule de Au sau Pt și foi de trGO.
(ii) seria de materiale hibride pe bază de oxid de grafenă redus dopat cu sulf și decorat cu nanoparticule de oxid de cupru (Cu2O-S-RGO), respectiv sulfură de cupru (Cu2S-S-RGO) au fost preparare cu succes aplicându-se pentru fiecare metoda potrivită.

2. Metode:

(i) Metodă de studiu al influenţei presiunii asupra performanţelor catalitice ale materialelor compozite de tipul Cu-ZnO-oxid-Carbon3D. S-a stabilit metoda de studiu al influenţei presiunii, temperaturii şi raportului molar al reactanților asupra echilibrului termodinamic al CO2, H2, CH3OH, CO și H2O prin simulări termodinamice în ChemCad folosind un reactor Gibbs pentru condiții de reacție apropiate de cele folosite la nivel industrial (debit total de alimentare: 40 mol/h fără adaus de gaz purtător), dar și pentru condiții de laborator (15 mol/min și 37,5 mol/min cu adaus de gaz purtător).

3. Proiect tehnic:

(i) proiectul de execuţie al celulei de reacţie în plasmă rece; s-au realizat vederea de ansamblu, vedere expandată şi cotele de gabarit ale celulei de reacție cu plasmă rece.

4. Articole:

Stadiul realizării obiectivului fazei: Obiectivul fazei actuale, a fost realizat în întregime. Astfel, s-au preparat şi caracterizat materialele enunţate în propunerea de proiect, s-a făcut studiul premergător testărilor catalitice pentru reacţia de transformare a CO2 în metanol şi s-a realizat proiectul de execuţie pentru set-up-ul experimental pentru reacţiile glicerinei în plasmă non-termică.

Faza 2b: Caracterizarea funcțională a materialelor preparate. Selectarea materialelor potențial active catalitic. Proiectarea instalațiilor de testare. Proiectarea reactorului cu plasmă rece. Teste catalitice preliminare.

Valoare fază: 1.017.202 lei
Termen de predare: 21.11.2024

Rezultate de cercetare:

Rezultatele obținute în această fază de implementare a proiectului sunt:

1. Produs (1 propus, 1 realizat):

(i) reactor cu plasmă rece

2. Metode (3 propuse, 3 realizate):

(i) Metodă de obţinere şi analiză a produșilor de reacție pentru oxidarea catalitică selectivă a glicerinei în fază lichidă.
(ii) Metodă de analiză a reacției de fotoconversie a glicerinei (coloană HPLC, caracteristici de eluție – timp, solvenți, debit, temperatură, curbă de calibrare).
(iii) Metodă de preparare electrozi modificați pe bază de grafene dopate cu cupru și/sau heteroatomi.

3. Raport de cercetare (2 propuse, 2 realizate):

(i) raport privind interacțiunea suprafeței catalizatorilor de tipul Au-Me/C cu oxigenul.
(ii) raport privind interacțiunea reactanților (H2 și CO2) cu suprafața catalitică a materialelor de tipul Cu-ZnO-oxid-Carbon3D

4. Articole (2 propuse, 2 realizate):

5. Cerere de brevet (1 propus, 1 realizat):

M. Coroș, C. Tudoran, G. Blăniță, D. Lazăr, Microreactor portabil cu plasmă rece pentru procesarea rapidă a probelor lichide – cerere de brevet depusă la OSIM

6. Prezentări la conferințe (1 propus, 2 realizate):

1. A.M. Kasza, A. Turza, M. Dan, M.D. Lazăr, M. Miheț, Synthesis and structural characterization of ordered MIL-53(Al)-derived nanoporous carbon, 9th EuChemS Chemistry Congress (ECC9), 07-11 July, 2024, Dublin, Ireland (prezentare orală).
2. A.M. Kasza, M. Dan, O. Grad, M.D. Lazăr, M. Miheț, CuO/ZnO/Al2O3 catalysts modified by MOF-derived carbon for CO2 hydrogenation to methanol, 16th Pannonian International Symposium on Catalysis, Seggau Austria, 1-5 Septembrie 2024 (prezentare poster) (premiu pentru cea mai bună prezentare tip poster).

Stadiul realizării obiectivului fazei: Obiectivul fazei actuale, care a fost enunţat la punctul 3, a fost realizat în întregime. Astfel, s-au caracterizat funcţional materialele enunţate în propunerea de proiect, s-a făcut studiul procesului fotocatalitic de transformare a glicerinei în compuşi utili şi s-a stabilit metoda de analiză a produşilor de reacţie, s-a realizat reactorul cu plasmă rece şi s-au realizat electrozii modificaţi care vor avea rol de catozi în eCO2RR.

Faza 2c: Caracterizarea funcțională a materialelor preparate. Selectarea materialelor potențial active catalitic. Proiectarea instalațiilor de testare. Proiectarea reactorului cu plasmă rece. Teste catalitice preliminare.

Valoare fază: 433.332 lei
Termen de predare: 21.11.2024

Rezultate de cercetare:

Rezultatele obținute în această fază de implementare a proiectului sunt:

1. Materiale (1 clasă propusă, 1 clasă realizată):

2 materiale din clasa „Cu-ZnO-Al2O3-Carbon3D derivat din MOF” prescurtată C(as)-CZA, şi anume C(as)-100-CZANa2CO3 și C(as)-100-CZANaHCO3 cu proprietăți structurale, morfologice și funcționale foarte bune.

2. Studiu (1 propus, 2 realizate):

  • Studiu preliminar al reacţiei de fotoconversie catalitică a glicerinei
  • Studiul funcţionării reactorului cu plasmă rece; teste preliminare ale oxidării glicerinei

3. Raport de cercetare (0 propus, 1 realizat):

(i) raport privind investigarea prin FTIR şi TGA a interacțiunii catalizatorilor de tipul Au-Me/C cu oxigenul

4. Metode (0 propus, 1 realizat):

(i) metodă de preparare a electrozilor de aur modificați cu film de polidopamină și grafene dopate cu sulf şi decorate cu cupru.

5. Articole (2 propuse, 2 realizate):

6. Prezentări la conferințe (3 propuse, 3 realizate):

  1. A. M. Kasza, O. Grad, A. Turza, M.D. Lazăr, M. Miheț, CO2 hydrogenation by MOF-derived catalysts, 9th EuChemS Chemistry Congress (ECC9), 07-11 July, 2024, Dublin, Ireland (prezentare poster).
  2. O. Grad, M. Dan, M. Miheț, A.M. Kasza, M. D. Lazăr, MOFs supported NPs-catalysts for selective hydrogenation of nitrobenzene, 16th Pannonian International Symposium on Catalysis, Seggau Austria, 1-5 Septembrie 2024 (prezentare orală).
  3. A. M. Kasza, O. Grad, M, Dan, M.D. Lazăr, M. Miheț, Ordered porous MOF-derived catalysts for CO2 hydrogenation, 16th Pannonian International Symposium on Catalysis, 1-5 Septembrie 2024, Seggau, Austria (prezentare orală).

Stadiul realizării obiectivului fazei: Obiectivul fazei actuale, care a fost enunţat la punctul 3, a fost realizat în întregime. Astfel, s-au preparat şi caracterizat funcţional materialele enunţate în propunerea de proiect, s-a făcut studiul procesului fotocatalitic de transformare a glicerinei în compuşi utili s-a testat funcţionarea reactorului cu plasmă rece şi s-au realizat electrozii modificaţi care vor avea rol de catozi în eCO2RR.