Z. Hrnjak Murgić

Hrčak - Portal of scientific journals of Croatia

321Osvrti, Kem. Ind. 64 (5-6) (2015) 319–323  metode brze identifikacije poznatih spojeva. Izgradnjom metage-nomske DNA baze te pretraživanjem genoma spužava omogućit će se stjecanje uvida u gene od komercijalnog interesa, kodira-jući za enzime/proteine uključene u biosintezu/biotransformaciju molekula s potencijalom terapeutske ili biotehnološke primjene. Naposljetku, otkrivanjem trodimenzionalne strukture bioaktivnih peptida, očekuje se uspješno sintetiziranje njihovih analoga, ra-zvoj i optimizacija fermentacijskog proizvodnog procesa te po-tencijalno uvođenje u pretkliničke studije.Na posljetku, nanotehnologija je značajno prisutna u mnogim in-dustrijskim granama, a primjena nanočestica učestala je u mnoš-tvu područja: kozmetici, farmaciji, medicini, prehrambenoj teh-nologiji i dr. Kao odgovor na rastući trend prisutnosti nanočestica u svakodnevnom životu i okolišu EU je lansirala još jedan projekt SMART-NANO (FP7), u svrhu razvoja tehnološke platforme za mjerenje nanočestica, s krajnjim ciljem praćenja prijenosa nano-čestica tijekom njihove primjene. Znanstvenici Centra za istra-živanje mora rade na razvoju jeftinih i učinkovitih metoda spe-cifično prilagođenih radu na kompleksnim okolišnim matricama (Stipić i sur., 2015).Velikim dijelom budućnost razvoja naprednih materijala leži u plavoj biotehnologiji. Odgovori na mnoga pitanja današnjice skri-veni su u morima i oceanima, a za njihovo održivo gospodare-nje nužno je razumijevanje ekoloških procesa te nove metode identifikacija promjena u ekosustavu mora. Da sinergija između znanstveno-istraživačkih instituta i gospodarskog sektora nudi posebnu dodanu vrijednost, prepoznali su još prije deset godina Institut Ruđer Bošković, Sveučilište u Mainzu i mnogi partneri koji su nam se u međuvremenu pridružili. U narednom projektnom razdoblju, osim produbljenja postojećih suradnji, potrebno je i stvaranje novih modernijih i otvorenijih modela suradnje, pose-bice vezanih uz razvojne potrebe malih i srednjih poduzetnika u Hrvatskoj i regiji.Literatura1. W. E. G. Muller, X. Wang, M. Wiens, U. Schlossmacher, K. P. Jochum, H. C. Schroder, Hardening of bio-silica in sponge spicules involves an aging process after its enzymatic poly-condensation: Evidence for an aquaporin-mediated water absorption, Biochimica Et Biophysica Acta-General Subjects. 1810 (7) (2011) 713–726, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.bbagen.2011.04.009.2. M. Wiens, H. C. Schröder, M. Korzhev, X. Wang, R. Batel, W. E. G. Müller, Inducible ASABF-Type Antimicrobial Peptide from the Sponge Suberites domuncula: Microbicidal and Hemolyt-ic Activity in Vitro and Toxic Effect on Molluscs in Vivo, Mar. Drugs 9 (2011) 1969–1994, doi: http://dx.doi.org/10.3390/md9101969.3. W. E. G. Müller, T. Link, Q. Li, H. C. Schröder, R. Batel, M. Blažina, V. A. Grebenjuk, X. Wang, A novel TiO2-assisted mag-netic nanoparticle separator for treatment and inactivation of bacterial contaminants in aquatic systems, RSC Adv. 4 (2014) 48267–48275, doi: http://dx.doi.org/10.1039/C4RA09055A.4. F. Stipić, G. Pletikapić, Ž. Jakšić, L. Frkanec, G. Zgrablić, P. Burić, D. M. Lyons, Application of Functionalized Lanthanide-based Nanoparticles for the Detection of Okadaic Acid-Specific Immunoglobulin G, J. Phys. Chem. B 119 (4) (2015) 1259–1264, doi: http://dx.doi.org/10.1021/jp506382w. UvodZnanstveni projekt “Razvoj fotokatalitičkih polimernih nanokom-pozita za obradu otpadnih voda” ili na engleskom “Development of Photocatalytic Polymer Nanocomposites for Wastewater Treat-ment” (DePoNPhoto) istraživački je projekt (IP-11-2013-5092) koji financira Hrvatska zaklada za znanost za razdoblje od četi-ri godine (1. rujna 2014. – 31. kolovoza 2018.). Budući da je projekt interdisciplinaran, uključeni su i istraživači, eksperti iz različitih znanstvenih područja i to iz područja sinteze polimera i iz područja pročišćavanja otpadnih voda. Istraživači s Fakulte-ta kemijskog inženjerstva i tehnologije Sveučilišta u Zagrebu su dr. sc. Ljerka Kratofil Krehula, dr. sc. Zvonimir Katančić, dokto-randica Vanja Gilja, mag. ing. oecoing. zaduženi za sintezu po-limernog nanokompozita s katalitičkim djelovanjem, zajedno s voditeljom projekta prof. dr. sc. Zlatom Hrnjak-Murgić. U rad projekta uključena je profesorica dr. sc. Jadranka Travaš-Sejdić sa Sveučilišta u Aucklandu, kao ekspert iz područja vodljivih po-limera. Ekspert iz područja pročišćavanja otpadnih voda napred-nim oksidacijskom procesima je dr. sc. Igor Peternel s Veleučilišta u Karlovcu te docentica dr. sc. Anita Ptiček Siročić s Geotehnič-kog fakulteta u Varaždinu Sveučilišta u Zagrebu. Da bi se projekt uspješno realizirao, bilo je nužno nabaviti određenu specifičnu opremu, kao i čitav niz druge nužne laboratorijske opreme. Od značajnije opreme kupljen je simulator sunčevog zračenja te ure-đaj za dobivanje ultra-čiste vode. Ostali očekivani značajni do-prinosi realizacije projekta DePoNPhoto su zapošljavanje jednog doktoranda i jednog postdoktoranda, realizacija doktorskog rada i više diplomskih i završnih radova, čime je omogućeno obrazo-vanje mladih znanstvenika i studenata. Očekuje se objavljivanje većeg broja znanstvenih radova kojima će se znatno doprinijeti razvoju i modernizaciji znanosti i tehnologije u Hrvatskoj iz nave-denih znanstvenih područja. * Prof. dr. sc. Zlata Hrnjak Murgić  e-pošta: zhrnjak@fkit.hrZnanstveni projekt  “Razvoj fotokatalitičkih  polimernih nanokompozita za obradu otpadnih voda”Z. Hrnjak Murgić *Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije Zavod za polimerno inženjerstvo i  organsku kemijsku tehnologiju Savska c. 16/II, 10 000 Zagreb322   Osvrti, Kem. Ind. 64 (5-6) (2015) 319–323 a)    b)Slika 1 – a) uređaj za ultra-čistu vodu, b) simulator sunčevog zračenja Pregled istraživanja na projektuOsnovni cilj projekta je razvoj novih polimernih nanokompozita s proširenim fotokatalitičkim djelovanjem, pomaknutim k vid-ljivom području UV/VIS spektra sunčeva zračenja, čime se do-prinosi razvijanju inovativne tehnologije za pročišćavanje voda. Planirana je sinteza organsko/anorganskog hibridnog materijala budući da on ima za posljedicu sinergističko i komplementarno svojstvo, povećanu fotokatalitičku djelotvornost. Zbog toga je pla-nom projekta predviđena sinteza vodljivih polimera: polianilina (PANI), polipirola (PPy) i poli(3,4-etilen-dioksitiofena) (PEDOT) in-situ s nanočesticama metalnih oksida (TiO2, ZnO). Predviđa se da će nastali polimerni nanokompozitni fotokatalizator ima-ti povećanu fotokatalitičku aktivnost u vidljivom dijelu spektra. Naime, da bi se fotokatalizator titanov dioksid (TiO2) aktivirao pod utjecajem svjetla nužno je da apsorbira UV zračenje iz dijela sunčeva svjetla. Kako u sunčevu zračenju svega 5 % predstavlja UV zračenje, to bi  značajno unaprijedilo djelovanje TiO2 foto-katalizatora ukoliko bi za svoju aktivaciju koristio širi dio vidljivog dijela svjetla. Naime, problem je u tome što je energija zračenja vidljivog dijela svjetla nedovoljna da aktivira prijelaz elektrona iz valentne (VB) u vodljivu vrpcu (CB) u molekuli TiO2, vidi sliku 2.TiO2TiO2VBfotokatalizatorH2OOH−/ OH˙O2O2−UV zračenjehvhv>EBG3,2 eVorganska onečišćenjaCBoksidacijaproduktie−h+Slika 2 – Shema razgradnje organskog onečišćenja fotokatalizomStoga se u projektu planira istražiti sinteza in-situ vodljivog poli-mera i fotokatalizatora (TiO2, ZnO) da bi se na taj način omogu-ćila aktivacija fotokatalizatora u vidljivom dijelu spektra sunčeva zračenja. Vodljivi polimeri su organski polimeri sa svojstvom elektrovod-ljivosti što je posljedica njihove strukture budući da su oni ko-njugirani polimeri. Vodljivost nastaje zbog promjene strukture polimera koja se mijenja dopiranjem. Polimer pritom prelazi iz čiste amorfne u amorfno-kristalnu strukturu, dakle nastaje amor-fna matrica s kristalnim područjima potrebnima da se naboj može gibati. Naboj se giba između “kristaličnih” područja, a kroz amorfno područje samo preskocima po lokaliziranim stanjima na lancu i između lanaca. Čak i kod vrlo niskog stupnja dopira-nja (<1 %), električna vodljivost povećava se i za nekoliko puta. No, unatoč intenzivnim istraživanjima, odnos struktura-vodljivost još uvijek je slabo razumljiv. Pretpostavlja se da vodljivost raste s višim stupnjem kristalnosti, no to nije potvrđeno za PANI, već samo za PEDOT koji je uglavnom amorfan. Kako su vodljivi po-limeri također fotosenzibilni,  aktiviraju se apsorpcijom svjetla i to apsorpcijom vidljivog dijela te pritom dolazi do prelaska elek-trona iz vodljivog polimera u vodljivu vrpcu TiO2 injektiranjem. Time započinje proces aktivacije TiO2 fotokatalizatora, odnosno započinje proces nastajanja hidroksi radikala koji zatim iniciraju razgradnju organskog onečišćenja, slika 2. Tako nastali hidroksi radikali dovoljno su snažni da razgrade i najtvrdokornija organska onečišćenja u vodi. Prednost vodljivih polimera je u tome što im se mogu prilagoditi kemijska, fizikalna i optička svojstva prema primjeni i stoga je od iznimne važnosti istražiti odgovarajuću strukturu vodljivog poli-mera za aktivaciju fotokatalizatora. Istraživanje će se provesti s tri različita vodljiva polimera: OSnS S HHO OOO OO OPoli(3,4-etilendioksitiofen) (PEDOT)NHNHNHHNHNHNPolipirol (PPY)H HN N N NnPolianilin (PANI)Dakle, nužno je postići optimalnu strukturu vodljivih polimera za učinkovitu razgradnju organskih onečišćenja u vodi kako bi ih preveli u biorazgradljive spojeve ili ih u potpunosti mineralizirali. Djelotvornost novih vodljivih polimernih nanokompozitnih foto-katalizatora ispitat će se tijekom fotokatalitičke razgradnje organ-skih azobojila (Reactive Red 45 i Methyl Orange) koja su izabrana kao ciljana onečišćivala otpadnih voda. Tijekom priprave fotokatalitičkih polimernih nanokompozita za obradu otpadnih voda kao nosač nanočestica (TiO2, ZnO) upotrijebit će se otpadni materijal, leteći pepeo (FA), kako bi se olakšalo izdvajanje fotokatalizatora nakon procesa fotokatalitič-ke razgradnje. Kako je leteći pepeo po svom kemijskom sasta-vu silikat (SiO2 = 42,32 %, Al2O3 = 19,46 %, CaO = 24,32 %, Fe2O3 = 5,98 %,…),  u projektu se pristupilo njegovoj modifika-ciji budući da se silikati upotrebljavaju kao nosači katalizatora. U tu svrhu nužno je modificirati leteći pepeo kako bi mu se po-većala specifična površina, čime mu se povećava kapacitet, kao nosača TiO2 i ZnO fotokatalizatora. Leteći pepeo odabran je iz razloga što se tijekom spaljivanja otpada javlja velika količina za-ostalog pepela. Dio ukupno nastalog pepela tijekom spaljivanja je i leteći pepeo koji se izdvaja iz sustava i dobiva se kao homogeni otpadni materijal. Dodatni značaj upotrebe letećeg pepela je u tome što on ovim postupkom modifikacije kao otpadni materijal prelazi u visoko kvalitetni krajnji proizvod.

Znanstveni projekt "Razvoj fotokatalitičkih polimernih nanokompozita za obradu otpadnih voda"

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Hrčak - Portal of scientific journals of Croatia