Materiale compozite pentru aplicații în domeniul managementului apei

Echipa proiectului

Director de proiect: Prof. Dr. Stefano Bellucci

Reprezentant legal / persoană de contact instituțională:

Dr. Ionuț-Marius Enculescu/Dr. Mihaela Baibarac

Membri ai echipei

• Dr. Mihaela Baibarac
• Dr. Elena Matei
• Dr. Irina Zgura
• Dr. Marcela Socol
• Dr. Cătalin Negrilă
• Dr. Cristina Bartha
• Dr. Ionel Mercioniu
• Dr. Ion Smaranda
• Dr. Adelina Udrescu
• Dr. Mirela Văduva (ex. Ilie)
• Dr. Andreea Nilă
• Dr. Monica Dinescu (Dăescu)
• Drd. Mirela Paraschiv
• Drd. Radu Cercel
• Drd. Teodora Burlănescu
• Drd. Cristina Ștefania Florica
• Drd. Andreea Androne

Rezultate științifice

Proiectul „ Composite materials for the applications in the water management field” a urmărit dezvoltarea unor membrane polimerice care sa fie modificate cu structuri care pot elimina poluanții organici și anorganici. Modificarea membranelor polimerice cu materiale compozite de tip oxizi metalici semiconductori și nanostructuri de carbon a permis obținerea unor membrane polmerice cu proprietăți fotocatalitice. Prepararea matrialelor compozite de tip polimer și nanostructuri de carbon a permis modificarea membranelor polimerice cu astfel de materiale compozite în vederea eliminării poluanților anorganici de tipul cationii metalelor grele și a anionilor de tip sulfat și azotat. Rezultatele au demonstrat ca acestea pot fi utilizate cu succes în domeniul managementului apei.

Ce s-a construit în proiect

Echipa a dezvoltata urmatoarele produse:

- materiale compozite cu proprietăți fotocatalitice de tip oxizi metalici semiconductori și nanostructuri de carbon de tip nanotuburi de carbon cu un singur perete, oxid de grafena redus și nanocoarne de carbon;

- materiale compozite de polimer conductor în stare nedopată (ex. polianilina-emeraldina baza) și nanostructuri de carbon de tip nanotuburi de carbon cu un singur perete, oxid de grafena redus și nanocoarne de carbon;

- membrane din policlorură de vinil modificate cu materiale compozite cu proprietăți fotocatalitice petnru eliminarea poluanților organici de tip coloranți și compuși farmaceutici;

- membrane din policlorura de vinil modificare cu materiale compozite de polimer conductor în stare nedopata/nanostructuri de carbon pentru eliminarea poluanților anorganici;

- suporți care sunt axtivi în spectroscopia Raman exaltată prin plasmoni de suprafață (surface enhanced Raman scattering – SERS) în configurația de filme libere din policlorură de vinil modificate cu nanoparticule metalice plasmonice în absența și în prezența nanostructurilor de carbon sau a polianilinei precum și compozite de tip polinailină/nanostructuri de carbon.

Ce s-a aflat despre produsele preparate în cadrul proiectului

• Cele mai performante membrane fotocatalitice sunt cele bazate pe policlorură de vinil, TiO2 și nanotuburi de carbon cu un singur perete în vederea fotodegradarii poluanților organici, un rol important avândul nanotuburile de carbon înalt separate în tuburi semiconductoare.
• Cele mai performante membrane pentru îndepărtarea poluanților anorganici sunt cele bazate pe policlorură de vinil, nanostructuri de carbon de tip oxid de grafenă redus și nanocoarne de carbon funcționalizate cu polianilină.
• Filmele libere de policlorură de vinil modificate cu nanoparticule de Au în absența și în prezența nanostructurilor de carbon nefuncționalizate și respectiv funcționalizate cu polianilină, pot fi utilizate ca suporți SERS.

Spre dispozitive și aplicații

Proiectul a dezvoltate membrane polimerice care pot fi utilizați în sistemele de purificare a apelor contaminate cu astfel de poluanți organici și anorganici. Noi platforme SERS bazate pe filme polimerice modificate cu nanoparticule plasmonice în prezența și absența nanostructurilor de carbon în starea inițială sau funcționalizate cu polianilină, pot fi utilizate în vederea monitorizării poluanților din apele contaminate cu poluanți organici și anorganici.

Rezultate obținute

Până la etapa actuală de implementare, proiectul a dezvoltat:

• fotocatalizatori bazați pe oxizi metalici semiconductori și nanostructuri de carbon
• materiale compozite bazate pe nanostructuri de carbon și polianilină
• membrane bazate pe policlorură de vinil (PVC) obținute prin metoda inversiei de fază și modificarea acestora cu compozite bazate pe oxizi metalici semiconductori și nanostructuri de carbon de tip nanotuburi de carbon cu un singur perete (SWNT), oxid de grafenă redus (RGO) și nanocoarne de carbon (CNH)
• membrane bazate pe policlorură de vinil modificate cu nanostructuri de carbon funcționalizate cu polianilină
• suporti SERS sub forma de filme libere polimerice modificate cu nanoparticule plasmonice de Au în absența și în prezența nanostructurilor de carbon în stare nefunctionalizată și respectiv funcționalizată cu polianilină
• înregistrarea unor cereri de brevete
• transmiterea spre publicare a rezultatelor în reviste cotate ISI
• comunicarea rezultatelor la conferințe internaționale
• articole de popularizare în revista Market Watch
• pregătirea unor propuneri de proiecte internaționale.

Activități didactice

1) Doctorand Radu Cercel – Teza de doctorat “Degradarea compușilor farmaceutici și detecția acestora în prezența senzorilor optici și/sau electrochimici” - varianta pentru presusținere la Școala Doctorală a  Universității București, Facultatea de Fizică, în Septembrie 2026. Conducător științific: Dr. M. Baibarac.

2) Doctorand Andreea Androne - susținerea  referatelor: a) Sinteza și proprietățile optice ale compozitelor de TiO2/SWNT, TiO2/RGO și TiO2/CNH - susținut pe 7.02.2025; b) Materiale compozite pentru aplicații în domeniul membranelor și al suporților SERS - susținut pe 27.06.2025; c) Materiale compozite pentru aplicații în monitorizarea și fotodegradarea poluanților din apă - susținut pe 29.09.2025; d) Aplicațiile fotocatalizatorilor conținând TiO2 și nanoparticule de carbon - susținut pe 13.02.2026.

3) Doctorand Teodora Burlanescu - Teza de doctorat “Compozite bazate pe oxid de grafenă redus, polimer conductor și WS2 pentru aplicații în domeniul stocării energiei și al senzorilor utilizați în domeniul medical” - varianta pentru presusținere la Scoala Doctorală a  Universității București, Facultatea de Fizică, în Septembrie 2026. Conducător științific: Dr. M. Baibarac. Redactarea tezei a fost precedată de redactarea următoarelor doua referate a) Aplicațiile compozitelor polimer/oxid de grafenă redus - 29 iunie 2024 și  b) Proprietățile optice ale compușilor farmaceutici și aplicațiile compozitului polimer/oxid de grafenă redus la determinarea concentrației compușilor farmaceutici în analizele de laborator - 15 martie 2025.

4) Doctorand Cristina Ștefania Florica - susținerea referatelor intitulate: a) Materiale compozite de tip polimer /nanotuburi de carbon și polimer/grafenă: sinteză, proprietăți optice și potențiale aplicații - 29 iunie 2024 și  b) Noi suporți modificați  cu polimeri/grafenă pentru determinarea concentrației compușilor farmaceutice în analizele de laborator - 15 martie 2025.

Lucrări științifice publicate / acceptate/  în evaluare

1. I.B. Aor, H. Hemmami, N. Grara, O. Aidat, A.B. Amor, S. Zeghoud, S. Bellucci, Chitosan: a green approach to metallic nanoparticle/nanocomposite synthesis and applications, Polymers 16 (18), 2662, 2024. https://doi.org/10.3390/polym16182662
2. F. Khammar, S. Boukerche, S. Djaber, A. Boublia, A. Messabhia, A. Gharbi, H. Ferkous, C.V. Gomez, S. Bellucci, M. Albrahim, M. Alam, Y. Benguerba, Synthesis, characterization and photocatalytic efficiency of Mg-doped ZnO nanoparticles for basic Fuchsin dye degradation: exeprimental and theoretical insights, Inorganic Chemistry Communications 176, 114274, 2025. https://doi.org/10.1016/j.inoche.2025.114274
3. L. Gahramanli, M. Muradov, M. Baghirov, G. Eyvazova, S. Bellucci, C. V. Gomez, T. Tene, R. Kharkishiyeva, Synthesis, characterization and photocatalytic performance of 2D/1D graphene/Ag-Ag2S hybrid nanocomposites, Dalton Transactions 54, 15118, 2025. https://doi.org/10.1039/d5dt01999k
4. 4.S. Kebaili, S. Iaiche, F. Bensouici, A. Djelloul, S. Bellucci, F. boudeffar, H. Cheraga, N.E. Gabouze, M. Bououdina, CuO/ZnO Bi-layered nanoarchitecture for room temperature CO2 sensing at low concentrations, Optical Materials, 172, 117840, 2026.
5. R. Cercel, A. Androne, C. Bartha, C. Negrila, M. Baibarac, S. Bellucci, Spectroscopic investigation of the photochemical transformations of metoclopramide hydrochloride in the presence of alkaline and oxidative conditions, Scientific Reports2026, https://doi.org/10.1038/s41598-026-54111-0
6.  A. Udrescu, I. Smaranda, R. Cercel, A. Androne, A. Nila, E. Matei, I. Mercioniu, S. Bellucci, M. Baibarac, New insights into the photocatalytic properties of composites based on TiO2 and single-walled carbon nanotubes, Dalton Transactions  2026, https://doi.org/1039/D6DT00262E
7.  A. Androne, R. Cercel, A. Udrescu, A. Nila, C. Bartha, I. Mercioniu, M. Baibarac Photodegradation of metoclopramide hydrochloride in the presence of photocatalysts based on TiO2 and reduced graphene oxide, Dalton Transactions  2026, revised manuscript
8. Andreea Androne, Ion Smaranda, Teodora Burlanescu, Mirela Vaduva, Adelina Udrescu, C.S. Florica, Cristina Bartha, Catalin Negrila, Elena Matei, Irina Zgura, Mihaela Baibarac, Electronic Purity of SWCNTs as a Key Design Parameter inHigh-Performance PVC/TiO2 Photocatalytic Membranes, ACS Advanced Materials & Interfaces 2026 in evaluare
9.  Sakher, T. Tahri, T., S. Bellucci, M. Bououdina, Unraveling Particle Folding in Nanostructured Shape Memory Alloy Ni50Ti50 Prepared by Mechanical Alloying, Physica Status Solidi A - Applications and Materials Science 2025, https://doi.org/10.1002/pssa.202500295
10.  Influence of MWCNT Concentration on Performance of Nylon/MWCNT Nanocomposite-Based Triboelectric Nanogenerators Fabricated via Spin Coating Method, T. Tene, O. Gulahmadov, L. Gahramanli, M. Muradov, J. B. Gilev, T. Hamzayeva, S. Bayramova, S. Bellucci, C. V. Gomez, Nanoenergy Adv. 5, 9, 2025. https://doi.org/3390/nanoenergyadv5030009

1. Environmental remediation through advanced carbon nanomaterials, Stefano Bellucci, participare prezentata ca “invited paper, S. Bellucci, 10 th International Conference on Advanced Materials” ROCAM 2024, 15-17 July, Romania
2. Composites containing poly(vinylchloride) for applications as SERS supports and membranes used in filtration processes, Teodora Burlanescu, Monica Dinescu, Madalina Chivu, Adelina Udrescu, Radu Cercel, Andreea Androne, Stefano Bellucci, Mihaela Baibarac*, 10 th International Conference on Advanced Materials” ROCAM 2024, 15-17 July, Romania
3. Environmental remediation and sustainable energy solutions through advanced carbon nanomaterials”, S. Bellucci, 23rd Romanian International Conference on Chemistry and Chemical Engineering” (RICCCE23), Constanta-Mamaia, Romania, 4-7 September 2024
4. Composites based on titanium dioxide and carbon nanoparticles as catalyst for the photodegradation of antibiotics”, R. Cercel, M. Dinescu, A. Udrescu, C.S. Florica, A. Androne, A. Nila, A. Lorinczi, S. Bellucci, M. Baibarac, 23rd Romanian International Conference on Chemistry and Chemical Engineering” (RICCCE23), Constanta-Mamaia, Romania, 4-7 September 2024
5. „Optical properties of membranes based on poly(vinyl chloride), single-wall carbon nanohorns and titanium dioxide nanoparticles”, M. Baibarac, I. Smaranda, A. Udrescu, M. Dinescu, T. Burlanescu, A. Androne, M. Chivu, C. Negrila, I. Mercioniu, S. Bellucci, 23rd Romanian International Conference on Chemistry and Chemical Engineering” (RICCCE23), Constanta-Mamaia, Romania, 4-7 September 2024
6. Advanced carbon nanomaterials for environmental restoration, S. Bellucci, International UFAZ Conference, CPM’s 2025 Edition, Chemistry Process Materials 03-06 June 2025, Baku, Azerbaijan;
7. Advanced carbon nanomaterials for environmental cleanup and sustainable energy applications, S. Belluci, II International Conference on Modern Problems of Macromolecular Compounds - MPMC-2025 Baku, AZERBAIJAN - April 24-25, 2025;
8. Tuning the Optical and Semiconducting Properties of Graphene Oxide Derivatives through Eco-Friendly Reduction Strategies, S. Bellucci, 5th INTERNATIONAL CONFERENCE ON LIGHT AND LIGHT BASED TECHNOLOGIES, Ankara, TURKEY 16 May 2025.
9. Composite materials for multifunctional applications, A. Androne, T. Burlanescu, I. Smaranda, A. Udrescu, R. Cercel, A. Nila, M. Vaduva, M. Baibarac, The 26th YUCOMAT 2025 Conference, Herceg Novi, Montenegro, September 1-5, 2025.
10.  Applications of composites based on carbon nanotubes and TiO2 in photocatalysis, A. Udrescu, A. Androne, S. Florica, I. Smaranda, M. Chivu, A. Nila, M. Baibarac, 6th International Conference on Powder Metallurgy & Advanced Materials
    29 October - 01 November 2025, Cluj-Napoca, ROMANIA
11. Composites based on carbon nanostructures and TiO2 as photocatalysts for removal of rhodamine 6G, I. Smaranda, A. Udrescu, A. Nila, R. Cercel, A. Androne, M. Baibarac, 6th International Conference on Powder Metallurgy & Advanced Materials 29 October - 01 November 2025, Cluj-Napoca, ROMANIA
12. 2D-Material-Assisted Optical Design for SPR Biosensors: From Modeling to Multiplexable Diagnostics, S. Bellucci, "Optics and its Applications in Quantum Technologies" (OPTICS-QT) 26 – 30 September 2025, Yerevan, Armenia
13. . New insights into photocatalytic activity of the titanium dioxide/carbon nanotubes composites, A. Udrescu, I. Smaranda, R. Cercel, A. Androne, A. Nila, S. Bellucci, M. Baibarac, 2nd Annual International Conference on Materials Science and Nanoscience, April 13-15, 2026, Lisbon, Portugal
14.  Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes as Efficient Partners for TiO₂ Photocatalysts in Dye Degradation, Udrescu Adelina, Smaranda Ion, Androne Andreea,, Nila Andreea, Baibarac Mihaela, 13th European Conference on Solar Chemistry and Photocatalysis: Energy and Environmental Applications, June 22-26, Krakow, Poland
15. Tailored TiO₂-Based Carbon Nanotube Composites for Enhanced Dye Photodegradation, Adelina Udrescu, Andreea Androne, Cristina Stefania Florica, Ion Smaranda, Madalina Chivu, Andreea Nila, Mihaela Baibarac, 21st Edition of International Conference on Catalysis, Chemical Engineering and Technology (CCT 2026), June 18-20, 2026, Barcelona, Spain
16.  Membranes modified with photocatalytic structures based on TiO2 nanoparticles and carbon nanoparticles, A. Androne, I. Smaranda, A.Udrescu, C. Negrila, M. Vaduva, M. Baibarac, 21st Edition of International Conference on Catalysis, Chemical Engineering and Technology (CCT 2026), June 18-20, 2026, Barcelona, Spain
17. Semiconducting metal oxides enriched with single-walled carbon nanohorns with photocatalytic properties for pharmaceutical compounds removal, Mirela Paraschiv, Adelina Udrescu, Ion Smaranda, Mihaela Baibarac, 21st Edition of International Conference on Catalysis, Chemical Engineering and Technology (CCT 2026), June 18-20, 2026, Barcelona, Spain
18. TiO2/Single-Walled Carbon Nanohorn Nanohybrids as Efficient Catalysts for Antibiotic Photodegradation, Radu Cercel, Andreea Androne, Cristina S. Florica, Adam Lorinczi, Mihaela Baibarac, 21st Edition of International Conference on Catalysis, Chemical Engineering and Technology (CCT 2026), June 18-20, 2026, Barcelona, Spain
19.  Mechanistic Insights into Charge Carrier Dynamics in TiO2–SWCNT Nanocomposites for Enhanced Photocatalysis, A. Nila, M. Baibarac, 21st Edition of International Conference on Catalysis, Chemical Engineering and Technology (CCT 2026), June 18-20, 2026, Barcelona, Spain

Cereri de brevet

1. Metoda de preparare a compozitelor bazate pe TiO2 și nanotuburi de carbon cu eficiența ridicată pentru fotodegradarea colorantului rodamina 6G, Cerere de brevet de invenție OSIM A2025 00120, I. Smaranda, A. Udrescu, A. Nila, S. Bellucci, M. Baibarac
2. Metoda de preparare a membranelor de policlorură de vinil modificate cu fotocatalizatori în vederea utilizarii lor la adsorbția și fotodegradarea colorantului rodamina 6G, Cerere de brevet de invenție OSIM A 2025 00121, I. Smaranda, T. Burlanescu, S. Florica, A. Androne, M. Baibarac, M. Vaduva
3. Metoda de preparare a compozitelor bazate pe polianilină și nanocoarne de carbon, Cerere de brevet de invenție OSIM  A 2025 00276, M. Baibarac, A. Androne, C.S. Florica
4. Method for preparing polyvinyl chloride membranes modified with photocatalysts for use in the adsorption and photodegradation of the dye rhodamine 6G, Cerere de brevet EPO: EP25465574.9/30.10.2025, I. Smaranda, T. Burlanescu, S . Florica, A. Androne, M. Baibarac, M. Vaduva.
5. Metoda de preparare a compozitului pe bază de oxid semiconductor metalic și nanocoarne de carbon cu un singur perete funcționalizate cu grupări carboxil pentru fotodegradarea compușilor farmaceutici din apă, Cererea de brevet de invenție OSIM A/00193/31.03.2026, M. Paraschiv, M. Baibarac
6. Metoda de preparare a filmelor de policlorura de vinil modificate cu nanoparticule plasmonice, Cerere de brevet de invenție OSIM A/00406/22.06.2026, M. Baibarac, A. Udrescu, I. Smaranda
7. Composites based on polyaniline and carbon nanohorns and method for preparing them, Cerere de brevet EPO: EP26187709.6/25.06.2026, M. Baibarac, A. Androne, C.S. Florica

Un articol publicitar in revista Market Watch – editia octombrie 2024 https://www.marketwatch.ro/articol/18603/Contributia_INCD_Fizica_Materialelor_la_implementarea_Planului_National_de_Redresare_si_Rezilienta/

Diseminare publică / Market Watch

1. 1. „Contribuția INCD Fizica Materialelor la implementarea Planului Național de Redresare și Reziliență”, Market Watch, octombrie 2024. Link: https://www.marketwatch.ro/articol/18603/Contributia_INCD_Fizica_Materialelor_la_implementarea_Planului_National_de_Redresare_si_Rezilienta/

Indicator de rezultat

Indicator de impact

INCDFM a obtinut acreditarea HR Excellence in Research, https://infim.ro/hrs4r/ .

Propuneri de proiecte naționale și internaționale depuse/ în curs de evaluare/ acceptate la finanțare

1. Competiția de proiecte “The Long-Term Joint EU-AU Research and Innovation Partnership on Sustainable Energy (LEAP-SE) - Horizon Europe funded initiative co-financed by the European Union (EU Grant Agreement n°101172838)” - LEAP-SE 2025 Joint Call, propunere de proiect “Recycling of the spent zinc-carbon batteries in new energy storage devices”, Director de proiect: Dr. M. Baibarac, proiect care a trecut în etapa a II-a și este acceptat la finantare în 2026 - https://36p0f.r.a.d.sendibm1.com/mk/mr/sh/ 1t6AVsd2XFnIGKBR8IWrj3nTrwhgPJ/WVN5ZAOCgK4X
2. Competiția de proiecte “Water4All-Partnership – co-funded by the European Union within the frame of the Horizon Europe programme” – call Water4All-2025, propunerea de proiect “GEO-intelligent solutions with portable water units for equal-access to water in crisis situations”, responsabil din partea INCDFM: Dr. M. Baibarac, proiect care a trecut în etapa a II-a și se asteaptă decizia finală în Septembrie 2026
3. Competiția de proiecte LEAP-SE 2025 Joint Call, propunere de proiect “Système innovant de traitement des eaux usées par LED UV alimenté par l'énergie solaire: Une solution de réutilisation non restrictive pour l'agriculture durable”, responsabil din partea INCDFM: Dr. M. Baibarac, proiectul nu a trecut în etapa a II-a
4. Competiția de proiecte LEAP-SE 2025 Joint Call, propunere de proiect “BIOchar-supported Metal Oxides as Optimized Nanocatalysts for solar-driven hydrogen production”, director de proiect: Dr. S. Bellucci, proiectul nu a trecut în etapa a II-a
5. Competiția de proiecte M-ERA NET 2024, propunerea de proiect „Filtration device for water treatment during Acid Rains and Drainages”, director de proiect: Dr. S. Bellucci, propunerea de proiect nu a trecut în etapa a II-a
6. Competiția de proiecte HORIZON-ERC-SYG, propunerea de proiect „Intelligent treatment for the recovery and remediation of wastewaters”, director de proiect: Dr. S. Bellucci, propunerea de proiect nu a trecut în etapa a II-a
7. Competiția de proiecte HORIZON-MSCA-2025-SE-01, propunerea de proiect “Advanced defect-control and interface engineering of carbon nanomaterials for reproducible sensing and energy storage”, director de proiect: Dr. S. Bellucci, propunerea de proiect nu a trecut în etapa a II-a
8. Competiția de proiecte LEAP-SE 2026, propunerea de proiect “Systèmes hybrides à faible flux d'hydrogène vert pour un accès durable à l'énergie et des utilisations productives en Afrique”, director de proiect: Dr. S. Bellucci, propunerea de proiect nu a trecut în etapa a II-a
9. Competitia de proiecte LEAP-SE 2026, propunerea de proiect “Clean Energy-enabled Tertiary Wastewater Reuse for Sustainable Agriculture”, responsabil din partea INCDFM Dr. M. Baibarac, propunerea de proiect nu a trecut în etapa a II-a
10. Competiția de proiecte HORIZON-JU-CBE-2026, propunerea de proiect “SSbD bio-based polymers from marine and circular side-stream alternative sources for circular water technologies and functional packaging”, director de proiect: Dr. S. Bellucci, în evaluare etapa I.
11. Competiția de proiecte M-ERA.NET-2026, propunerea de proiect “Nano-Engineered Oxide-Carbon Surfaces and Interfaces for Durable Energy Conversion”, director de proiect: Dr. S. Bellucci, în evaluare etapa I.
12. Competiția de proiecte HORIZON-MSCA-2026-SE-01, propunerea de proiect “Advanced Defect-control and interface Engineering of carbon nanomaterials for reproducible sensing and energy storage”, director de proiect: Dr. S. Bellucci, în evaluare etapa I.
13. Competiția de proiecte HORIZON-INFRA-2026-01, propunerea de proiect “Ukrainian Materials Research Infrastructure Integration through Remote Access to European Functional-Materials, Photonics and Surface-Engineering Facilities”, director de proiect: Dr. S. Bellucci, în evaluare etapa I.
14.  Competiția de proiecte Centre de excelență (CoEX 2024; https://uefiscdi.gov.ro/centre-de-excelenta-coex), propunerea de proiect „Tehnologii inovatoare pentru apa curată”, responsabil de proiect  din partea INCDFM : Dr. M. Baibarac, proiectul nu a fost acceptat la finanțare.