Continuăm seria de interviuri dedicate unor proiecte PNRR finanțate prin Inițiativa I8 și e una de interes pentru site-ul nostru, pentru că se referă la o problematică de mediu, anume materiale compozite utilizate în managementul apelor uzate. O temă extrem de actuală în contextul creșterii volumului de ape uzate generate de societate și de diversificarea poluanților pe care industria de tratare a apei trebuie să o gestioneze. Proiectul este implementat în cadrul Institutului Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizica Materialelor Măgurele.

Titlul proiectului: Materiale compozite pentru aplicații în domeniul managementului apei, PNNRR – 760270/26.03.2024

Director de proiect: Prof. dr. Stefano Bellucci

1. Care a fost scopul principal al proiectului, ce problematică v-ați propus să adresați prin implementarea acestuia? Scopul proiectului este elaborarea unui sistem de membrane pentru eliminarea poluanţilor organici de tipul coloranților şi compuşilor farmaceutici precum şi a poluanţilor anorganici conținând ioni de nitrat, sulfat, etc. și ioni ai metalelor grele.  Strategia abordată vizează preparare membranelor (MEM) prin metoda procesului de inversie de fază, care va permite încorporarea agenților de decontaminare (AD) în matricea gazdă de poli clorura de vinil (PVC) combinată cu depunerea dispersiei coloidale a AD pe suprafața MEM prin pulverizarea soluţiilor coloidale bazate pe oxizi metalici semiconductori și nanostructuri de carbon de tip nanotuburi de carbon, oxid de grafenă redus sau nanocoarne de carbon, în stare nefuncţionalizată și respectiv funcţionalizate cu polimeri conductori de tip polianilină, urmată de un proces de fuziune a nanoparticulelor anorganice efectuat print-un tratament termic și expunere la lumina UV pentru creșterea aderența nanoparticulelor la MEM de PVC. Monitorizarea concentraţiei poluanţilor va fi efectuată folosind suporţi preparaţi pentru studii de spectroscopie Raman exaltată prin plasmoni de suprafaţă, care vor fi bazaţi pe filme polimerice de PVC modificate cu nanoparticule de Au cu diametrul mediu de 10 nm.

2. Care au fost obiectivele majore ale proiectului și în ce măsură considerați că au fost atinse până la momentul de față? Vor fi ele îndeplinite odată cu finalizarea proiectului? Obiectivele majore ale proiectului sunt: i) decontaminarea apelor conţinând poluanţi organici și anorganici folosind un set de membrane bazate pe PVC și nanoparticule de TiO₂ și nanostructuri de carbon nefuncţionalizate și respectiv funcţionalizate cu polimeri conductori pentru eliminarea succesivă a diferiților poluanţi; ii) dezvoltarea a noi senzori optici utilizând împrăștierea Raman exaltată prin plasmoni de suprafaţă (SERS) ca tehnică analitică pentru monitorizarea concentraţiei poluanţlor în apele contaminate; și iii) consolidarea grupului și a liniei de cercetare prin dezvoltarea unor tezele de doctorat, creșterea abilităţilor experimentale și de comunicare a rezultatelor știinţifice a cercetătorilor post-doctoranzi și îmbunătăţirea CV-urilor tuturor membrilor echipei. Toate obiectivele de mai sus vor fi atinse până la finalizarea proiectului.

3. Care considerați că sunt cele mai importante rezultate științifice obținute în cadrul proiectului (publicații, brevete, prototipuri etc.)? Cele mai importante rezultate obținute în cadrul proiectului vizează:

• prepararea unor fotocatalizatori pe bază de TiO₂ și nanotuburi de carbon cu un singur perete înalt separate în tuburi semiconductoare (99%) care permit eliminarea coloranţilor de tip rodamina 6G în proporție de 94%; acest rezultat a fost cuantificat printr-o cerere de brevet înregistrata la OSIM cu numărul A2025 00120 și un articol sub evaluare la un jurnal ISI cotat Q1;
• modificarea membranelor de PVC cu fotocatalizatori pe  baza de TiO₂ și nanotuburi de carbon cu un singur perete înalt separate în tuburi semiconductoare (99%)  care permit eliminarea rodaminei 6G în proporție de 98%; acest rezultat a fost cuantificat printr-o cerere de brevet înregistrata la OSIM cu numărul A 2025 00121/31.03.2025 și într-o cerere de brevet europeană EP 25465574.9/2025;
• realizarea unor fotocatalizatori pe baza de TiO₂ și oxid de grafenă redus care permit fotodegradarea medicamentului metoclorpramid (folosind în tratarea bolilor asociate esofagului și stomacului) în proporţie de 99.7%, rezultat care în prezent este cuantificat sub forma unui articol aflat sub evaluarea la un jurnal ISI cotat Q1;
• realizarea unor materiale compozite de tip polianilina si nanocoarne de carbon, care for fi utilizate pentru modificarea membranelor de PVC in vederea eliminării ionilor azotat, sulfat, etc. si a ionilor metalelor grele de tip Cd²⁺ si Pb²⁺ din apele contamine; acest rezultat a fost cuantificat printr-o cerere de brevet înregistrată la OSIM A 2025 00276/30.06.2025.

In acest context trebuie menţionat că până în prezent parte din rezultatele obţinute în cadrul proiectului au fost prezentate la diferite conferinţe internaţionale sub forma a 12 comunicări orale, conferințe invitate și postere, atât de către directorul de proiect Prof. S. Bellucci cât și de cercetătorii postdoctoranzi și doctoranzii pregătiți în implementarea acestui proiect. De asemenea, până în prezent au fost publicate 3 articole în jurnale ISI cotate Q1 precum Dalton Transactions, Polymers și Inorganic Chemistry Communications, alte 4 articole sunt sub evaluare la Scientific Reports, Dalton Transactions și Carbon.

4. Care este impactul proiectului asupra resursei umane implicate în proiect? Impactul proiectului asupra resursei umane implicate în proiect poate fi cuantificat prin:

• înscrierea la programul Școlii Doctorale a Facultăţii de Fizică a Universității din București  a 4 tineri dintre care 2 sunt în faza de scriere a tezelor de doctorat;
• dezvoltarea abilităţilor de comunicare a rezultatelor atât de către cercetătorii doctoranzi cât și a cercetătorilor postdoctoranzi;
• dezvoltarea curriculum vitae a cercetătorilor implicați in proiect, fapt care va permite participarea acestora la concursurile noi care vor fi organizate în 2026 pentru ocuparea funcțiilor de cercetători știinţifici gradul III și cercetători știinţifici gradul II.
• dezvoltarea CV-ului prin dobândirea a noi expertize în domeniul membranelor și suporţilor SERS în cazul tinerilor cercetători în numar de 8 (4 doctoranzi și 4 post-doctoranzi) din totalul de 17 membrii  și participarea la redactarea celor 4 cereri de brevet naţionale și o cerere de brevet internaţională precum și a lucrărilor trimise spre publicare la reviste ISI cotate Q1.

5. Ce elemente de noutate aduce acest proiect față de nivelul de cunoaștere existent la nivel național sau internațional? Elementele de noutate aduse de proiect față de nivelul de cunoaștere existent la nivel național sau internațional vizează:

• demonstrarea pentru prima dată că fotocatalizatorii bazaţi pe TiO₂ și nanotuburi de carbon cu un singur perete înalt separate în tuburi semiconductoare sunt cele care permit o fotodegradare a coloranţilor mai eficienta decât cea a fotocatalizatorilor de tip TiO₂ și nanotuburi de carbon cu un singur perete înalt separate în tuburi metalice sau a fotocatalizatorilor de tip TiO₂ și nanotuburi de carbon cu un singur perete ca amestec de tuburi metalice și semiconductoare (33% și 66%);
• dezvoltarea membranelor de PVC modificate cu fotocatalizatori de tip TiO₂ și nanotuburi de carbon cu un singur perete înalt separate în tuburi semiconductoare care permit o fotodegradare a coloranţilor de min. 94%;
• identificarea unui nou fotocatalizator de tip TiO₂/RGO pentru fotodegradarea metoclopramidului;
• dezvoltarea a noi membrane bazate pe PVC și nanostructuri de carbon funcţionalizate cu polianilină pentru eliminarea ionilor sulfat, nitrat, etc. precum și a ionilor metalelor grele de tip Pb²⁺ și Cd²⁺;
• dezvoltarea a noi suporți SERS bazaţi pe PVC și nanostructuri carbonice decoate cu nanoparticule de Au în vederea determinării concentaţiei de poluanţi organici și anorganici în apele contaminate cu astfel de compuși. 

6. Ce impact a avut sau estimați că va avea proiectul asupra comunității științifice (colaborări, vizibilitate, direcții noi de cercetare)? Impactul proiectului asupra comunității științifice poate fi cuantificat prin:

• dezvoltarea a noi colaborări cu întreprinderi mici și mijlocii precum Centrul IT pentru Știință și Tehnologie, dar și a unor colaborări internaţionale între Romania-Franţa-Algeria-Maroc-Egipt în cadrul Programului de parteneriat comun pe termen lung UE-UA pentru cercetare și inovare în domeniul energiei durabile (LEAP-SE), cofinanțat de Comisia Europeană (CE) în cadrul programului Orizont Europa, prin implementarea propunerii de proiect intitulate „Reciclarea bateriilor ZnC uzate în noi dispozitive de stocare a energiei” (director de proiect Dr. M. Baibarac), care urmează să fie implementată începând cu 1.05.2026. Partenerii la acest proiect sunt: i) Centrul IT pentru Știință și Tehnologie, Romania; ii) Institute of Electronics, Microelectronics and Nanotechnology (IEMN), Franţa; iii)  Badji Mokhtar University (UBMA), Algeria; iv) Tabbin Institute for Metallurgical Studies (TIMS), Egipt, v) Mohammed VI Polytechnic University (UM6P), Maroc și vi) University Cadi Ayyad (UCA), Maroc. 
• Un alt proiect care a fost selectat în etapa a doua pentru a trimite propunerea finală de proiect  este cea intitulată “ GEO-intelligent solutions with portable water units for equal-access to water in crisis situations”, care are consorţiul format din Conservatoire National des Arts et Metiers (Franţa), Tampe University (Finlanda), Centrul IT pentru Știință si Tehnologie SRL (România), Karadeniz Technical University (Turcia), Technical University of Moldova (Moldova), Agricultural @ Environmental Solutions single member private company (Grecia), Institutul Naţional de Cercetare Dezvoltare pentru Fizica Materialelor (România, responsabil Dr. M. Baibarac), depusă în cadrul Programului Water4All 2025. In acest context, menţionăm: a) propunerea de proiect intitulată “Clean Energy-enabled Tertiary Wastewater Reuse for Sustainable Agriculture”, care are consorţiul format din Centrul IT pentru Stiinta și Tehnologie (România), Institutul Naţional de Cercetare Dezvoltare pentru Fizica Materialelor (România, responsabil Dr. M. Baibarac), Karadeniz Technical University (Turcia), Unite de Developpement des Equipements Solaires – Centre de Developpment des Energies Renouvelables (Algeria), Higher Institute of Management of Gabes – University of Gabes (Tunisia), Fraunhofer Institute for Solar Eenegy Systems (Germania), Ataturk soil, water and agricultural meteorology research institute (Turcia) si University of Nairobi (Kenia), depusă în cadrul Programului LEAP-SE 2026; și b) propunerea de proiect intitulată “Hybrid Low-Flux Green Hydrogen Systems for Sustainable Energy Access and Productive Uses in Africa”, care are consorţiul format din Institutul Naţional de Cercetare Dezvoltare pentru Fizica Materialelor (România, director de proiect: Prof. S. Bellucci), RAIT88 srl (Italia), Universite Tunis El Manar (Tunisia) și Hassan II University of Casablanca (Maroc), depusă în cadrul Programului LEAP-SE 2026.

7. Care au fost principalele provocări/dificultăți resimțite în implementarea proiectului? Principalele provocări/dificultăți resimțite în implementarea proiectului au vizat ritmicitatea decontării rapoartelor tehnico-financiare trimestriale.

8. Ce urmează după finalizarea proiectului? Cum veți continua cercetarea sau valorificarea rezultatelor obținute? Ce oportunități de dezvoltare a proiectului preconizați? Continuarea cercetării în domeniul managementului apei o estimăm să aibă loc în cadrul: a) proiectelor naționale (de exemplu PED7/2024 (director de proiect Dr. A. Nila), PED91/2025 (director de proiect Dr. M. Baibarac) precum și a altora care ar putea fi acceptate la finanţare în perioada următoare si b) al proiectelor internaționale acceptate la finanţare in cadrul Programului LEAP-SE2025 sau al celor care urmează sa fie evaluate in cadrul Programelor LEAP-SE2026 si Water4All 2025 sau al acelora in curs de preparare si depunere până la finalizarea proiectului PNRR- 760270.

Mai multe informații despre proiect sunt disponibile și pe site-ul oficial.

Despre Prof. Dr. Stefano Bellucci

Prof. Stefano Bellucci este directorul de proiect al proiectului cu ID: PNNRR—760270, afiliat la Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizica Materialelor (INCDFM) începând din 2024. Studii: i) 1982, Licenţă și Master, Summa cum laude, teza: Higher-order radiative corrections to the process, e+e− → μ+μ− in the Weinberg-Salam model, Universitatea Rome Sapienza, Italia; ii)  iulie 1984, Master în Fizica particulelor elementare, teza : “Quantum corrections to electroweak processes”, SISSA, Italy; iii) 1986, Doctor în Fizica particulelor eleiminare cu teza “Supersymmetry in anti-de Sitter space”, SISSA, Trieste, Italia.

Stagii: i) 1987 – Sept. 1988, Cercetator în vizită la Univ. of California at Davis, USA; Oct. ii) 1986 – Sept. 1987, Cercetator in vizita la Univ. of Maryland, USA; iii) Sept. 1985 – Oct. 1986, Cercetator in vizita la M.I.T., Cambridge, MA, USA; iv) Sept. 1983 – Sept. 1985, Cercetator asociat la Brandeis Univ., Waltham, MA, USA. În perioada 2003 – 2023, este cercetător senior la INFN, Frascati National Laboratory (Italia) și în perioada 2024-2026, director de proiect PNRR la Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizica Materialelor Măgurele.

Premii: i) B.W. Premiul Lee la școala internațională de fizică subnucleară din Erice, (Italia) iulie 1982; ii) Premiul pentru cea mai bună comunicare la secțiunea a II-a: fizica materiei condensate la „Congresul național xciii societatea fizică italiană” Pisa, 24 – 29 septembrie 2007; iii) Premiul I la 2016 IEEE Microwave Theory and Techniques Society International Microwave Symposium San Francisco, http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp? arnumber=7779296; iv) Cel mai bun poster premiat la NATO Advanced Research Workshop FANEM, 4-8 June, 2018 Minsk, Belarus.

Alte performanțe științifice: Locul 45 în lista Top Italian Scientist in Material & Nano Sciences, https://topitalianscientists.org/tis/3422/Stefano_Bellucci_-top_Italian_Scientist_in_ Material_&_Nano_ Sciences.