PCE 90/ 2021 Project
English (Engleză) Project title: Nanocomposite layers for the treatment of microorganisms by advanced oxidation processes Financial support: Romanian National Authority for Scientific Research and Innovation, CNCS-UEFISCDI Periode: January 2021 - December 2023 Contact Person: Project Director: Dr. Eniko Gyorgy (INFLPR) Coordinator: National Institute for Laser, Plasma and Radiation Physics - I.N.F.L.P.R. Atomiștilor 409, Măgurele, Romania Objectives:
The main objective of the project is the synthesis and growth of nanocomposite layers onto solid substrates, with high photoactivity under both UV and visible light irradiation, ensuring relevant photocatalytic efficiency, for the degradation of microorganisms present in wastewaters.
Main goals:
• O1. Synthesis and deposition onto solid substrates of ternary metal oxides /carbon-based nanomaterials composite layers;
• O2. Study of the obtained nanocomposite layers surface morphology by atomic force microscopy, field emission scanning electron microscopy, and high resolution transmission electron microscopy;
• O3. Investigation of the chemical composition, chemical bonds between the elements and crystalline structure of the obtained layers by X-ray photoelectron spectroscopy synchrotron-based Fourier transform infrared spectroscopy, micro-Raman spectroscopy, grazing incidence X-ray diffraction, and selected area electron diffraction;
• O4. Study of the optical properties of the compound layers by UV-visible spectrophotometry. The band gap of the layers will be calculated from the UV-visible spectra;
• O5. Detailed investigations of the charge carrier generation under UV and visible light irradiation;
• O6. Study of the photocatalytic properties of the layers under UV, visible, as well as simulated solar light irradiation. The degradation of organic compounds will be monitorised by UV-visible spectroscopy;
• O7. Investigation of the recycling properties of the nanocomponent layers during consecutive degradation runs.
Phases and activities:
Phase I:
Period: 12 months
Activities: Growth and characterisation of nanocomposite MgTiO3 / carbon-based nanomaterials surface layers
Phase II:
Period:12 months
Activities: Growth of nanocomposite GeTiO4 /carbon-based nanomaterials surface layers
Phase III:
Period: 12 months
Activities: Growth of nanocomposite GeZrO4 / carbon-based nanomaterials surface layers
Estimated results:
The proposed studies will open an alternative approach for complex multicomponent materials synthesis with high photocatalytic efficiency under solar radiation. The investigations will elucidate the microorganisms inactivation mechanisms during photocatalytic processes.
- 5 ISI papers
- 6 communications at international conferences
Research Team:
• Dr. Eniko Gyorgy
• Dr. Angela Calota
• Dr. Iuliana Iordache
• Dr. Camelia Popescu
• PhD student Raluca Ivan
• Md. Eliseia Petre
Română (Romanian) Titlul proiectului: Straturi nanocompozite pentru tratarea microorganismelor prin procese de oxidare avansate Suport financiar: Autoritatea Nationala Romana pentru Cercetare Stiintifica si Inovare, CNCS-UEFISCDI Perioada: Ianuarie 2021 – Decembrie 2023 Persoana de contact: Director Proiect: Dr. Eniko Gyorgy (INFLPR) Coordonator: Institutul Național pentru Fizica Laserilor, Plasmei și Radiației - I.N.F.L.P.R. Atomiștilor 409, Măgurele, ROMÂNIA Obiective:
Obiectivul principal al proiectului este sinteza si depunerea pe substraturi solide de straturi nanocompozite cu fotoactivitate semnifiactiva atât in domenul spectral UV cât și vizibil, pentru degradarea fotocatalitica a microorganismelor prezente in ape reziduale.
Obiective specifice:
• O1. Sinteza și depunerea pe substraturi solide a straturilor compozite de oxizi metalici ternari/nanomateriale pe bază de carbon;
• O2. Studiul morfologiei suprafeței straturilor nanocompozite obținute prin microscopie de forță atomică, microscopie electronică prin scanare cu emisie de câmp și microscopie electronică in transmisie de înaltă rezoluție;
• O3. Investigarea compoziției chimice si a structurii cristaline a straturilor obținute prin spectroscopie de fotoelectroni cu raze X, spectroscopie în infraroșu cu transformată Fourier, spectroscopie micro-Raman, difracție de raze X și difracție a electronilor;
• O4. Studiul proprietăților optice ale straturilor compuse prin spectrofotometrie UV-vizibil. Largimea benzii interzise l straturilor va fi calculata din spectrele UV-vizibil;
• O5. Investigarea generării purtătorilor de sarcină prin iradieri in domeniul UV sau vizibil;
• O6. Studiul proprietăților fotocatalitice ale straturilor in UV, vizibil, precum și radiatie solara. Degradarea compușilor organici va fi monitorizată prin spectroscopie UV-vizibil;
• O7. Investigarea proprietăților de reciclare ale straturilor nanocompozite prin teste de degradare consecutive.
Etape si activitati:
Etapa I:
Perioada: 12 luni
Activitati: Sinteza și caracterizarea straturilor nanocompozite MgTiO3/nanomateriale bazate pe carbon
Etapa II:
Perioada:12 luni
Activitati: Sinteza și caracterizarea straturilor nanocompozite GeTiO4 / nanomateriale bazate pe carbon
Etapa III:
Perioada:12 luni
Activitati: Sinteza și caracterizarea straturilor nanocompozite GeZrO4 / nanomateriale bazate pe carbon
Rezultate estimate:
Studiile propuse reprezinta o metoda alternativă pentru sinteza materialelor multicomponente.. Investigațiile vor avea ca rezultat elucidarea mecanismelor de inactivare ale microorganismelor în timpul proceselor fotocatalitice.
- 5 articole ISI
- 6 comunicari la conferinte internationale
Echipa de cercetare:
• Dr. Eniko Gyorgy
• Dr. Angela Calota
• Dr. Iuliana Iordache
• Dr. Camelia Popescu
• PhD student Raluca Ivan
• Md. Eliseia Petre
Etapa 1
In aceasta faza de proiect s-au sintetizat si caracterizat straturilor nanocompozite de GO / MgTiO3 si GO / FeOx si s-au obtinut urmatoarele livrabile si indicatori de rezultat:
- s-au identificat parametrii optimi de depuneri in vederea functionalizarii structurilor nanocompozite
- s-a investigat includerea unui precursor organic, acetatul de Mg, in structura TiO2 in timpul procesarii laser pentru sinteza compusilor bimetalici MgTiO3
- s-a studiat morfologiei superficiale, structura si compozitia chimica a straturilor obtinute
- au fost investigate proprietatile fotoactive ale structurilor obtinute prin iradieri in domeniul UV sau vizibil solutiilor apoase de lipopolizaharide prezente in membrana externa a bacteriilor Escherichia coli, fungii Saccharomyces cerevisiae si molecule de cloramfenicol
Etapa 2
In aceasta faza de proiect s-au sintetizat si caracterizat straturilor nanocompozite de GeTiO4/NiO/ nanomateriale pe baza de carbon si s-au obtinut urmatoarele livrabile si indicatori de rezultat:
- s-au identificat parametrii optimi de depuneri in vederea functionalizarii structurilor nanocompozite
- s-a studiat morfologiei superficiale, structura si compozitia chimica a straturilor obtinute
- au fost investigate proprietatile fotoactive ale structurilor obtinute prin iradieri in domeniul UV sau vizibil solutiilor apoase de lipopolizaharide prezente in membrana externa a bacteriilor Escherichia coli, fungii Saccharomyces cerevisiae si molecule de cloramfenicol
Etapa 3
In aceasta faza am sintetizat nanocompusi prin iradierea tintelor obtinute din dispersii de nanoparti-cule de GeO2, ZrO2, nitrat de Mg si plachete de GO, precum si dispersii de nanoparticule de TiO2, acetat de Mg si plachete de GO in atmosfera de azot.
- s-au identificat parametrii optimi de depuneri in vederea functionalizarii structurilor nanocompozite
- s-a studiat morfologiei superficiale, structura si compozitia chimica a straturilor obtinute
- au fost investigate proprietăților optice si electrice ale straturilor subtiri obtinute la scara nanometrica
- s-au efectuat masuratori de fotocurenti electrici generati prin iradieri in domeniul spectral UV - vizibil
- am investigat cinetica procesului de fotodegradare a moleculelor organice presente in pe reziduale, precum si procesul de descompunere catalitica si mineralizare a substantelor intracelulare, ADN si ARN prezente in citoplasma si lipopolizaharide prezente in membrana externa a microorganismelor, bacterii Escherichia coli si fungii Saccharomyces cerevisiae.
Rezultatele obtinute au fost redactate sub forma de manuscrise, trimise spre publicare in jurnale internationale cotate ISI:
[1]. R. Ivan, C. Popescu, V. A. Antohe, S. Antohe, C. Negrila, C. Logofatu, A. Pérez del Pino, E. György, „Iron oxide/hydroxide doped graohene-like visible-light active photocatalytic layers for antibiotics removal from wastewater”, Scientific Reports, 13 (2023) 2740(1-18), IF 4.997
[2]. P. García Lebiere, R. Ivan, A. Perez del Pino, C. Logofatu, C. Negrila, E. György, “Boron and nitrogen co-doped carbon-based nanomaterials/nickel oxide/ hydroxide hybrids for sunlight induced photocatalytic water cleaning”, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 676 (2023) 132159(1-14), IF 5.518
[3]. R. Ivan, I. Urzica, A. Pérez del Pino, C. Logofatu, E. György, “Mg doped Ti oxide, reduced graphene oxide nanohybrid photocatalysts for microorganisms decomposition under visible light irradiation”, Appl. Surf. Sci. submitted for publication
[4]. I. Urzica, R. Ivan, A. Pérez del Pino, C. Negrila, E. György, ”Optical properties of nanocomposite GeO2/ZrO2/GO thin films obtained by laser techniques”, J. Appl. Phys. submitted for publication
[5]. R. Ivan, I. Urzica, A. Pérez del Pino, C. Negrila, E. György, “Hybrid Ge doped Ti oxide and nitrogen doped reduced graphene oxide photocatalysts for visible light induced decomposition of microorganisms cells components” in preparation
si prezentate la conferinte internationale:
[1]. P. García Lebière, A. Pérez del Pino, E. György, C. Logofatu, G. Domènech Domingo, I. Martínez Rovira, I. Yousef, “Laser fabrication of hybrid electrodes composed of nanocarbon and transition metal oxides for supercapacitive energy storage”, Oral Presentaion, European Materials Research Society Conference – Spring Meeting, 31 May - 3 June 2021 Strasbourg, France
[2]. R. Ivan, E. György, S. Antohe, C. Popescu, A.P. del Pino, C. Logofatu “Fabrication of hybrid nanostructures by laser technique for removal of toxic organic compounds” Poster Presentation, 18th International Conference on Nanosciences & Nanotechnologies, 6 - 9 July 2021, Thessaloniki, Greece
[3]. P. García Lebière, A. Pérez del Pino, E. György, C. Logofatu, D. Naumenko, H. Amenitsch, P. Rajak, R. Ciancio, “Disentangling the origin of charge storage in laser-deposited nitrogen-doped nanocarbon-NiO electrodes”, oral presentation, European Materials Research Society Conference EMRS–Spring Meeting, Strasbourg, France, 30 May – 3 June, 2022
[4]. R. Ivan, S. Antohe, A. Perez del Pino, C. Logofatu, E. György, "Hybrid Materials for Environmental Application", prezentare poster, 1st Central and Eastern European Conference on Physical Chemistry & Materials Science (CEEC-PCMS1), Split, Croatia, 26-30 iulie, 2022, Split, Croatia
[5]. R. Ivan, E. György, S. Antohe, A. P. del Pino, C. Logofatu, “Fabrication of hybrid nanostructures by laser technique for photocatalytic degradation of emerging pollutants”, prezentare orala, TCM - 8th International Symposium on Transparent Conductive Materials & 12th International Symposium on Transparent Oxide and Related Materials for Electronics and Optics,-Heraklion, Grecia, 16-21 Octombrie 2022
[6]. R. Ivan, I. Urzica, S. Antohe, A. Perez del Pino, E. György, "Laser synthesis of hibrid materials for removal of pharmaceutical products from aqueous solution", prezentare poster, EmergeMAT 5th International Conference on Emerging Technologies in Materials Engineering, 27-28 Octombrie 2022, Bucuresti; Premiul I la competitia de postere
[7]. R. Ivan, E. Gyorgy, S. Antohe, A. P. del Pino, C. Logofatu, „Hybrid Materials for Environmental Applications”, prezentare tip poster, Scoala de Iarna ICTP - Winter College on Optics:Terahertz Optics and Photonics, Trieste, Italia, 06 februarie 2023 - 17 februarie 2023
[8]. I. Raluca, E. Gyorgy, A. Perez del Pino, S. Antohe, „Fabrication of hybrid nanostructures by laser technique for water decontamination”, prezentare orala, RAD 11, 11th International Conference on Radiation, Natural Sciences, Medicine, Engineering, Technology and Ecology, Herceg Novi, Muntenegru, 19.06-23.06.2023
[9]. I. Urzica, R. Ivan, A. Perez del Pino, E. Gyorgy, „Hybrid nanomaterials for elimination of harmful contaminants from water”, prezentare poster, EmergeMAT, 6th International Conference on Emerging Technologies in Materials Engineering, Bucuresti, 9.11-10.11.2023
[10]. R. Ivan, I. Urzica, S. Antohe, A. Perez del Pino, E. Gyorgy, „Transition metal oxide – carbon-based nanomaterials photocatalyst layers synthesized by laser techniques”, prezentare poster, EmergeMAT, 6th International Conference on Emerging Technologies in Materials Engineering, Bucuresti, 9.11-10.11.2023
Premii:
• R. Ivan, I. Urzica, S. Antohe, A. Perez del Pino, E. Gyorgy, "Laser synthesis of hibrid materials for removal of pharmaceutical products from aqueous solution", EmergeMAT 5th INTERNATIONAL CONFERENCE ON EMERGING TECHNOLOGIES IN MATERIALS ENGINEERING, Best poster presentation, 27-28 October 2022, Bucharest, Romania
• Raluca IVAN – ICTP grant for the participation of Winter College on Optics:Terahertz Optics and Photonics, presentation title “Hybrid Materials for Environmental Applications” 06-17 February 2023,Trieste, Italia