V. Tehnologii inovative, energie sustenabilă, digitalizare
Cercetări fundamentale în fizică, chimie, matematică
Studiul termodinamic riguros va elucida fenomenul sinergismului în procesele chimice complexe. Sinergismul este adesea explicat diferit în funcție de structurile chimice ale reactivilor, energia proceselor etc. Interacțiunile chimice depind de compoziția chimică a amestecului de reacție și/sau temperatura și/sau presiunea. Sinergismul chimic, datorat echilibrelor chimice în flux, este guvernat de intensitatea acestor trei parametri termodinamici principali. Fenomenul sinergismului se observă doar la anumite valori ale temperaturii și presiunii și la un anumit raport al concentrațiilor componentelor amestecului reactant.
Autorii proiectului vor demonstra că în procesele chimice complexe, caracteristica comună a sinergismului este formarea unui compus sau complex mixt, stabil într-o anumită perioadă de timp. Cunoașterea acestei caracteristici comune va permite o înțelegere mai profundă a fenomenului și predicția efectelor sinergice necesare. Procesele sinergice cunoscute, studiate cu metode fizico-chimice, vor fi analizate în funcție de formarea unui compus mixt. Multe reacții formează compuși micști fără efect sinergic înregistrat. Lipsa efectului sinergic poate fi explicată prin lipsa măsurării unei anumite cantități.
Pe viitor, programele software pentru căutarea efectelor sinergice vor include posibilitatea formării compușilor micști. Descoperirea unui efect sinergic ca rezultat al unui proces chimic va lua în considerare formarea unui compus sau complex mixt. Relațiile deduse în acest proiect vor fi utile pentru căutarea și proiectarea de noi procese sinergice. Aceste sisteme vor fi utilizate în diverse domenii ale cercetării chimice și biochimice, în chimia analitică, farmacologie, industria farmaceutică, medicală și chimia organică sintetică.
Se așteaptă ca amestecurile sinergice să reprezinte viitorul pentru ”noi reactivi”, înlocuind dezvoltarea costisitoare a reactivilor care necesită reglementare. Cercetările viitoare se vor concentra pe izolarea și caracterizarea compușilor micști, furnizând cunoștințe termodinamice și cinetice mai detaliate, susținute de calcule teoretice, deoarece înțelegerea actuală este bazată doar pe observații empirice.
Rezumatul activității și a rezultatelor obținute în proiect în anul 2024
Scopul acestui proiect este investigarea sinergismului în procesele chimice complexe printr-o abordare termodinamică riguroasă, cu aplicații în chimie, biochimie și industriile farmaceutică, medicală și chimică. Cercetările s-au concentrat pe elucidarea interacțiunilor sinergice, identificarea condițiilor ce favorizează sau inhibă acest fenomen și promovarea amestecurilor sinergice ca alternativă sustenabilă la reactanții individuali costisitori. Printr-o înțelegere aprofundată a fenomenelor de sinergism și antagonism, proiectul urmărește dezvoltarea de procese chimice eficiente, cu impact redus asupra mediului.
A fost dezvoltată o metodologie complexă, bazată pe date termodinamice standard, ecuații de bilanț de masă și observații experimentale, pentru evaluarea condițiilor în care sinergismul și antagonismul se manifestă în timpul proceselor de extracție. Studiile teoretice și experimentale au vizat sisteme bine documentate, precum Zn²⁺-tenoiltrifluoroacetona-TBP, oferind informații detaliate despre distribuția speciilor chimice între faza apoasă și faza organică (benzen) în funcție de pH, temperatură și compoziție chimică. Analiza acestor sisteme a permis definirea unui indice de sinergism (SI) pentru cuantificarea fenomenului și identificarea condițiilor care determină tranziția de la sinergism la antagonism.
Calculele termodinamice avansate și simulările teoretice au oferit o înțelegere detaliată a comportamentului sistemelor selectate, validând metodologia propusă prin corelarea rezultatelor cu datele experimentale din literatura de specialitate. Rezultatele obținute constituie o bază solidă pentru prezicerea fenomenelor de sinergism și antagonism în diverse condiții experimentale, cum ar fi compoziția chimică și pH-ul sistemelor eterogene lichid-lichid.
Aplicabilitatea rezultatelor se extinde în mai multe domenii:
- Optimizarea proceselor industriale – Utilizarea amestecurilor sinergice poate reduce semnificativ costurile de producție și crește eficiența proceselor chimice.
- Dezvoltarea de noi reactivi și produse – Sinergismul chimic reprezintă o alternativă viabilă la reactanții costisitori, promovând inovații în industriile farmaceutică și chimică.
- Sustenabilitate – Reducerea consumului de resurse și a impactului ecologic prin utilizarea amestecurilor sinergice în locul proceselor convenționale mai puțin eficiente.
Proiectul a inclus și diseminarea rezultatelor în cadrul a trei conferințe internaționale: MARBLUE 2024 (Constanța, România), IasiCHEM 2024 (Iași, România) și SIMI 2024 (Constanța, România) și una națională cu participare internațională (Tiraspol 2024). Participarea la aceste evenimente a facilitat schimbul de idei și colaborări cu experți în domeniu, contribuind la avansarea cercetării în sinergismul chimic.
Prin aplicarea acestei metodologii, rezultatele proiectului oferă un cadru inovativ pentru designul și implementarea proceselor chimice durabile, având implicații semnificative în chimia analitică, farmaceutică, biochimie și chimia organică sintetică. Aceste contribuții sprijină dezvoltarea unui model sustenabil pentru utilizarea resurselor și reducerea impactului asupra mediului, răspunzând provocărilor actuale din cercetarea chimică și industrială.
- POVAR, I., SPINU, O. Synergistic chemical interactions of contaminant mixtures in oceanic waters. In: The 2nd International Joint Conference „BLUE GROWTH: CHALLENGES AND OPPORTUNITIES FOR THE BLACK SEA”, 23-25th October, 2024, Constanta, Romania, p. 41. https://www.marblue.ro/Book_of_Abstracts_MARBLUE_2024.pdf
- POVAR, I., SPINU, O. Thermodynamic analysis and prediction of chemical synergy in complex aqueous chemical processes. In: The 8th International Electronic Conference on Water Sciences, 14–16 October 2024, MDPI: Basel, Switzerland, 18902. https://sciforum.net/paper/view/18902; https://sciforum.net/manuscripts/18902/slides.pdf
- POVAR, I., SPINU, O., ZINICOVSCAIA, I. An original thermodynamic assessment of wastewater composition in tannery operations. In: The International Symposium “The Environment and the Industry”, SIMI 2024, September 19-20, Constanta, Romania, pp. 44-45. http://doi.org/10.21698/simi.2024.ab16; https://www.simiecoind.ro/wp-content/uploads/2024/09/16.pdf
- POVAR, I., SPINU, O., Visnevschi A. Thermodynamic analysis of synergistic interactions in the optimization of phosphorus recovery from wastewater through struvite crystallization, In: Geo- and bioecological problems of the middle and lower Dniester River Basin: Proceedings of the Scientific Conference with International Participation, Tiraspol, November 15, 2024, Chişinău; Tiraspol: Eco-TIRAS, 2024, 245 p. ISBN 978-9975-89-320-6, p. 165.