„SUPERABSORBENTS BIOPOLYMER

MATERIALS FOR AGRICULTURE USES

(SABIOM)” Coordonator:

Universitatea Politehnica din Bucuresti

Director proiect:

Conf. dr. ing. Anicuta STOICA

Contract de finantare nr.114/2012

Tip proiect PCCA2

Parteneri implicaţi în proiect

Denumirea si functia organizatiei participante in

cadul proiectului

Numele abreviat

al organizatiei

Tipul organiza-

tiei

Director/ Responsabil

Total

B C

CO - Universitatea Politehnica din Bucuresti

UPB UNI Conf.dr.ing.

Anicuta STOICA

1200000 0

P1 - Institutul National de cercetare-Dezvoltare pentru Chimie si Petrochimie- ICECHIM Bucuresti

INCDCP-ICECHIM

INCD Dr.ing. Andrei

SARBU 650000 0

P2 - Centrul de Cercetare si Prelucrare Plante Medicinale „PLANTAVOREL” SA

PLANTAVOREL INCD Dr.ing. Carmen

TEBRENCU 650000 228167

Total proiect 2500000 228167

Adresa web: www.sabiom.ro

2

Obiective generale:

- Obtinerea de materiale polimerice cu proprietati

superabsorbante, cu aplicatii in agricultura pentru

mentinerea umiditatii si conditionarea solului, avand

ca baza de plecare biopolimeri si apeland la tehnici

de sinteza nepoluante. Ideea principala este de a

utiliza polimeri biodegradabili in vederea evitarii

poluarii solului si asigurarii unei dezvoltari

sustenabile.

- Obtinerea de materiale superabsorbante

biodegradabile cu proprietati de eliberare controlata

a unor principii active.

Originalitatea si noutatea proiectului rezida in

obtinerea unor materiale superabsorbante pe baza

de bioceluloza si polimeri biocomplatibili naturali

(chitosan, pectina etc.) sau sintetici (alcool polivinilic,

poliacrilati etc.). Formularile cele mai eficiente de

produse superabsorbante vor contine componente

bioactive naturale (factori de crestere, fertilizatori sau

antidaunatori).

OBIECTIVELE

PROIECTULUI

SABIOM

3

Etapa I/2012 STUDII PRELIMINARE SI CERCETARI DE

LABORATOR ASUPRA MATRICILOR BIOPOLIMERICE UTILIZATE IN REALIZAREA DE MATERIALE

SUPERABSORBANTE

Activitate I.1 - Studii, analize necesare elaborarii tehnologiei de laborator

CO - Obţinerea de celuloză bacteriană din materii prime ieftine, în special provenite din deşeuri agricole şi optimizarea procesului de fermentaţie;

P1 - Selectarea de hidrogeluri polimerice pentru obţinerea de matrici superabsorbante, compatibile cu matricea de bioceluloză şi cu proprietăţi de gonflare superioare;

P2 - Identificarea diferitelor plante cu activitate antimicrobiană sau care conţin alte substanţe active şi studierea profilului fitochimic.

Perioda de derulare a etapei: 2.07 – 14.12.2012

4

Realizari-CO-Etapa 1

Spectrul FTIR BC

Membrana BC

purificata

Imagine SEM

suprafata BC

Imagine SEM

fibrile BC

5

Realizari-CO-Etapa 1

Pentru reducerea costurilor s-au

testat fructe depreciate, care nu pot

fi folosite nici pentru consumul

uman si nici in industria alimentara.

S-au testat sucuri de visine si de

zmeura ca sursă de carbon pentru

creșterea biocelulozei. Pentru

comparație s-a utilizat și suc de

ananas (studiat mult in Asia). Cantitatea de bioceluloză uscată

obținută în diverse medii de cultură

conținând pulpă de ananas, vișine

sau zmeură pentru 1 L de suc. 6

Realizari-P1-Etapa 1

7

AA-acid acrilic

MBA-

N,N’ metilenbisacrilamida

KPS-persulfat de potasiu

MS-metabisulfit de sodiu

Realizari-P1-Etapa 1

Au fost sintetizate prin copolimerizare radicalică noi structuri de hidrogeluri pe

bază de acid poliacrilic [PAA] reticulat cu [MBA], având ca sistem de iniţiere,

sistemul [KPS]/[MS], în apă distilată la temperatura camerei.

Gradul de gonflare a hidrogelurilor sintetizate a fost puternic

influenţat de :

a) concentraţia de monomer utilizată [AA], concentratii mici au dus la

obţinerea unor hidrogeluri cu un grad de reticulare mai mic şi, în consecinţă,

cu un grad de gonflare mai mare;

b) concentraţia de agent de reticulare; o concentraţie mai mică de

[MBA] a condus la un grad de gonflare mai ridicat;

c) concentraţia sistemului redox de iniţiere; o concentraţie mai mică

de initiator a favorizat obtinerea de hidrogeluri cu un grad de gonflare mai

ridicat

8

REALIZARI P2-ETAPA I

9

REALIZARI P2-ETAPA I Specia (Familia) Denumire

populara

Partea botanica utilizata

Provenienta/ anul de recoltare

Medicago sativa L (fam. Fabaceae)

lucerna Parte aeriana fara parti lemnoase

SOLARIS Serv SRL Piatra Neamt/ 2012

Trigonella foenum- graecum L. (fam. Fabaceae)

schinduf Seminte SCDA SECUIENI, jud. Neamt/ 2011

Thymus vulgaris L (fam. Lamiaceae)

Cimbru de gradina Partea aeriana inflorita SOLARIS Serv SRL Piatra Neamt/ 2012

Urtica dioica L. (fam. Urticaceae)

Urzica vie Partea aeriana SC RAZADA SRL Brasov/ 2012

Artemisia absinthium L. ( fam.Asteraceae)

pelin Partea aeriana NETWORK SRL Braila / 2012

Equisetum arvense L. (fam. Equisetaceae)

Coada calului tulpinile sterile SC RAZADA SRL Brasov/ 2012

Melilotus officinalis (L.) Lam. (fam. Fabaceae)

sulfina Parte aeriana inflorita LARIX COMIMPEX SRL Sovata / 2012

Armoracia rusticana L. ( fam.Brassicaceae)

hrean Radacina SOLARIS Serv SRL Piatra Neamt/ 2012

Humulus lupulus L. (fam. Cannabinaceae)

hamei inflorescente femele SC RAZADA SRL Brasov/ 2012

Frangula alnus Mill. (Rhamnus frangula L.) (fam. Rhamnaceae)

crusin scoarta de tulpini si ramurilor

SC RAZADA SRL Brasov/ 2011

Origanum vulgare L. (fam. Lamiaceae)

sovarf Partea aeriana inflorita SCDA Secuieni, jud. Neamt/ 2012

Ocimum basilicum L. ( fam. Lamiaceae )

busuioc Partea aeriana SN PLAFAR Cluj Napoca / 2012

Lavandula Angustifolia L ( fam. Lamiaceae)

lavanda Flori SCDA Secuieni, jud. Neamt/ 2012

Melissa officinalis L. (fam. Lamiaceae)

melisa/roinita Partea aeriana SCDA Secuieni, jud. Neamt/ 2012

Hypericum perforatum L. (fam. Hypericaceae (Guttiferae, Clusiaceae)

sunatoare partea terminala inflorita a plantei

SC RAZADA SRL Brasov/ 2012

10

Etapa II/2013 EXPERIMENTĂRI DE LABORATOR ÎN VEDEREA REALIZĂRII

MODELULUI EXPERIMENTAL DE OBŢINERE A MATERIALELOR SUPERABSORBANTE, CU SAU FĂRĂ AGROCHIMICALE NATURALE

ACTIVE Obiectivele etapei:

CO – UPB

- Obţinerea “in situ” de materiale superabsorbante cu conţinut de bioceluloză şi alţi biopolimeri prin modificarea mediului de cultură şi caracterizarea acestora;

- Studii de laborator privind transferul de masă prin materialele obţinute, dezvoltarea de modele de permeaţie, identificarea parametrilor de transport;

- Realizarea tehnologiei de laborator pentru obţinerea structurilor superabsorbante;

P1 – ICECHIM

- Superabsorbante pe bază de bioceluloză şi hidrogeluri polimerice;

- Caracterizarea materialelor obţinute din punct de vedere fizico-chimic;

P2 – PLANTAVOREL

- Obţinerea şi caracterizarea extractelor vegetale (fitocomplecşi chinone-flavonoide-acizi polifenolcarboxilici- principii amare-cumarine) cu acţiune antidăunătoare sau cu rol de fertilizare şi impregnarea materialelor superabsorbante cu acestea.

Diseminare prin comunicări şi articole

11

Realizari CO-Etapa a II-a

Imagini SEM ale biocelulozei

pure si ale unor compozite de

bioceluloza obtinute prin

modificarea mediului de

fermentatie.

a) Spectrul IR al BC pure si al

compozitelor BC-CMC.

b)Spectrul XRD al BC martor si al

compozitelor BC-CMC.

12

Realizari CO-Etapa a II-a Obtinerea de materiale superabsorbante cu continut de BC si

alti biopolimeri prin amestecarea biocelulozei cu solutii ale

acestora

a) Grad de gonflare al compozitelor BC-CMC

b) Grad de gonflare al compozitelor BC-CMC reticulate

cu epiclorhidrina de concentratie 2.5%.( CRL-proba

control)

Realizari CO-Etapa a II-a

a) Gradul de gonflare al compozitelor BC-CMC, pentru

concentratii mici ale solutiei de CMC-fara reticulare.

b) Gradul de gonflare al compozitelor BC-CMC 0.1%,

cu reticulare folosind solutii de epiclorhidrina la pH

variabil.

14

Realizari P1-Etapa a II-a Obtinerea hidrogelurilor hibride superabsorbante pe baza

de bioceluloza liofilizata (BCL) si acid acrilic (AA)

Proba

[BC]

(% fata

de [AA])

[AA-NH4+]

(mol/l) fata de

H2O

H2O

(ml)

[MBA](%)

fata de [AA]

[KPS/MS]

(%) fata de

AA

PAA 0 2 5 1 1

5BCL- PAA 5 2 5 1 1

10BCL-PAA 10 2 5 1 1

20BCL-PAA 20 2 5 1 1

(a)- Curbele TGA si b) DTG caracteristice probelor PAA, BC-

B3 si BC-B3-PAA.

Realizari P1-Etapa a II-a

a) Influenta concentratiei de bioceluloza liofilizate (BCL) de tip B3

asupra gradului de gonflare; b) Influenta concentratiei de bioceluloza

liofilizata (BCL)de tip A2 asupra gradului de gonflare.

Concluzii etapa a II-a-P1

Prin copolimerizare radicalica, la temperatura camerei au fost sintetizate noi structuri de hidrogeluri pe baza de bioceluloza liofilizata [BCL] inglobata si acid poliacrilic [PAA] reticulat cu [MBA], avand ca sistem de initiere, sistemul [KPS]/[MS], in apa distilata. Hidrogelurile obtinute au fost caracterizate pentru determinarea gradului de gonflare cu apa.

Spectrele FTIR si caracterizarea comportamentului termic al hidrogelurilor obtinute au aratat prezenta biocelulozei in structura polimerului sintetic, de tip acid poliacrilic, ceea ce denota compatibilizarea celor doua componente.

In urma determinarilor, s-a observat scaderea semnificativa a gradului de gonflare al hidrogelurilor o data cu cresterea concentratiei de bioceluloza liofilizata, de aceea se propune utilizarea unor concentratii mici de BC.

17

Realizari P2 etapa a II-a

Program experimental Plantavorel

18

Realizari P2 etapa a II-a

Exemple de cromatograme

pentru extractul de scoarta de

crusin

Realizari P2 etapa a II-a Studiile experimentale realizate in aceasta etapa au avut drept scop evaluarea si

aplicarea metodelor / tehnicilor de extractie a principiilor active din plante medicinale si aromatice, obtinerea unor extracte vegetale din specii vegetale selectate cu potential fitochimic si biologic (agenti fitopatogenici in agricultura) si caracterizarea fitochimica a acestora in corelatie cu potential antipatogen evaluat prin studii preliminare de activitate biologica.

S-au selectat plante medicinale si aromatice cu un continut major in clase de substante cu proprietati antibacteriene si antifungice puse in evidenta de studiul bibliografic: flavonoide, fenoli si acizi fenolici, chinone, cumarine , principii amare, saponine si aminoacizi:

Urtica dioica L. (fam. Urticaceae), URZICA VIE-partea aeriana;

Artemisia absinthium L. (fam.Asteraceae), PELIN- partea aeriana;

Frangula alnus Mill. (Rhamnus frangula L.) (fam. Rhamnaceae), CRUSIN- scoarta;

Hypericum perforatum L. (fam. Hypericaceae (Guttiferae, Clusiaceae)- SUNATOARE- partea terminala inflorita a plantei.

20

DISEMINARE

ARTICOLE

1. L.M. Dobre, Anicuta Stoica-Guzun, Antimicrobial Ag-polyvinyl alcohol-bacterial

cellulose composite films, Journal of Biobased Materials and Bioenergy, 7,

(2013), 157-162

2. Anicuta Stoica-Guzun, Marta Stroescu, Sorin Ion Jinga, Iuliana Mihaela Jipa,

Tanase Dobre, Microwave assisted synthesis of bacterial cellulose - calcium

carbonate composites, Industrial Crops and Products, 50, (2013), 414-422

3. Sorin Ion Jinga, Gabriela Isopencu, Anicuta Stoica-Guzun, Marta Stroescu,

Mariana Ferdes, Brandusa Ohreac, Silver green synthesis on bacterial

cellulose membranes using tanic acid, Digest Journal of Nanomaterials and

Biostructures, 8 (4), (2013), 1711-1717

CERERE DE BREVET

Sarbu Andrei, Zaharia Anamaria, Stela Iancu, Stoica Anicuta, Stroescu Marta,

Dobre Tanase, Ciripoiu Anita- Laura, ‘’PROCEDEU DE OBTINERE DE

HIDROGELURI HIBRIDE PE BAZA DE CELULOZA BACTERIANA SI

COPOLIMERI ACRILICI’’, Nr de inregistrare A/00681 din data 13.09.2013

21

DISEMINARE CONFERINTE INTERNATIONALE

1) Marta Stroescu, Anicuta Stoica, Tanase Dobre, Rodica Ceclan, Gabriela Isopencu, Antimicrobial bacterial cellulose

composites, 18th International Conference on Chemistry and Chemical Engineering, September 4-7, Sinaia, Romania,

Papers and abstracts, ISSN 2344-1895, S4-59

2) Anicuta Stoica, Marta Stroescu, Tanase Dobre, Oana Parvulescu, Bacterial cellulose composites used as

superabsorbent materials for arid areas, 18th International Conference on Chemistry and Chemical Engineering,

September 4-7, Sinaia, Romania, Papers and abstracts, ISSN 2344-1895, S4-60

3) Anamaria Lungu, Andrei Sarbu, Anita-Laura Ciripoiu, Katja Jankova Atanasova, Xavier-Francois Perrin, Mircea

Teodorescu and Silviu Vulpe, Hydrogel Nanocomposites Based On Cross-Linked Poly (Acrylic Acid) And Kaolin Modified

With Polyacrylamide, 18th International Conference on Chemistry and Chemical Engineering, September 4-7, 2013,

Sinaia, Romania, Papers and abstracts, ISSN 2344-1895, S6-62

4) Anamaria Lungu, Andrei Sarbu, Anita-Laura Ciripoiu, Xavier-Francois Perrin, Mircea Teodorescu, New structures of

hydrogel nanocomposites obtained through inverse suspension polymerization, "ICOSECS 8" – International Conference

of the Chemical Societies of the South-East European countries, June 27-29, 2013, Belgrad, Serbia, Book of Abstracts,

ISBN 978-86-7132-053-5

5) Monica Duldner, Stela Iancu, Andrei Sarbu, Steluta Apostol, Emeric Bartha, Green method of obtaining polyester-

polyols for rigid polyurethane foams with improved physico-mecanical and flame retardant properties, "ICOSECS 8" –

International Conference of the Chemical Societies of the South-East European countries, June 27-29, 2013, Belgrad,

Serbia, Book of Abstracts, ISBN 978-86-7132-053-5

6) Carmen Tebrencu, Ruxandra Cretu, Gabriela Mitroi, Elena Iacob, Maria Chiriac, Valentin Grigoras, Phytochemical

screening of Urtica dioica extracts: preliminary study for their utilization as antimicrobial and antifungal agents, Trend in

natural products research: a young scientists meeting of PSE and ÖPhG, July 21-25, 2013, University Centre Obergurgl,

Tyrol, Austria, Final Programme & Book of Abstracts, ISBN-13-978-0-9565472-3-1

22

DISEMINARE CONFERINTE NATIONALE

1. Anamaria Lungu, Andrei Sarbu, Victor Fruth- Oprisan, Cornel Munteanu, Anita-Laura

Ciripoiu. ‘’Morphological Characterization of New Nanocomposite Hydrogels Based on

Polyacrylic Acid and Modified Kaolinite’’, A 12-a ediţie a Seminarului Naţional de

Nanoştiinţă şi Nanotehnologie, Biblioteca Academiei Române, 16 mai 2013, Bucuresti

2. Stela Iancu, Monica Duldner, Andrei Sarbu, Ana Maria Zaharia, Ana Mihaela Florea,

Stefan Ovidiu Dima, Emeric Bartha, Investigation Of Two Synthetic Routes For

Developing Biodegradable, Water Dispersible Copolyesters, Starting From Pet Wastes

And Renewable Materials – "PRIOCHEM" editia a IX a – Prioritatile chimiei pentru o

dezvoltare durabila, 24 -25 octombrie, 2013, Bucuresti, ISSN 2285-8334

3. Carmen Tebrencu, Elena Ionescu, Neculai Antohe, Screeningul fito-chimic a extractelor

din Rhamnus frangula L.: Studiu preliminar de utilizare a acestora ca agenti anti-

patogenici in agricultura durabila, Conferinta nationala a Academiei Oamenilor de

Stiinta din Romania, 20-21 septembrie, 2013, Brasov, Eco-Economia si Dezvoltarea

Durabila, Rezumatele lucrarilor, p 14

23

VA MULTUMESC

PENTRU ATENTIE !