“Иновативни материали от следващо поколение за приложения в технологии за пречистване на отпадъчни води (акроним: INMAT)”
Конкурс: „МНОГОСТРАНЕН КОНКУРС ЗА НАУЧНО И ТЕХНОЛОГИЧНО СЪТРУДНИЧЕСТВО В ДУНАВСКИЯ РЕГИОН – 2024 год.“
Основна научна област: Химически науки
Ръководител: Доц. д-р Ралица Младенова
Адрес: гр. София, ПК 1113 ул. „Акад. Г. Бончев“, бл. 11 на БАН
email: ralitsa@ic.bas.bg
сл. тел. +359 2 979 35 91
Продължителност: 11 Юли 2025 – 11 Юли 2027 г.
Базова организация: ИК-БАН
Партньори:
Институт за ядрени науки „Винча” – Национален институт на Република Сърбия, Белградски университет, Белград, Република Сърбия
Институт по геотехника на Словашката академия на науките – Словакия
Основен бюджет: 25,564.59 Евро
Резюме:
Замърсяването и недостигът на вода представляват глобални предизвикателства с тежки последици за екосистемите, човешкото здраве и икономиката. Традиционните методи за пречистване на отпадъчни води често са недостатъчно ефективни, икономически неизгодни или неподходящи за премахване на съвременни замърсители като текстилни багрила, пестициди, феноли и микропластмаси. В този контекст е наложително разработването на иновативни технологии, които съчетават висока ефективност, устойчивост и минимално въздействие върху околната среда.
Проектът INMAT („Иновативни материали от следващо поколение за приложения в технологии за пречистване на отпадъчни води“) има за цел да синтезира иновативни наноматериали и да ги приложи в хибридни технологии за пречистване на отпадъчни води. Проектът въвежда два новаторски подхода:
- Използване на гама-лъчение от „изразходвани“ запечатани радиоактивни източници, което позволява рециклирането на тези източници за усъвършенствани окислителни процеси с нанокатализатори за разграждане на органични замърсители.
- Разработване на магнитна хипертермия, чрез мултифункционални магнитни нанокатализатори, които улесняват генерирането на свободни радикали и локализирано нагряване, водещо до по-ефективно отстраняване на замърсителите.
Синтезът на наноматериалите се основава на устойчиви методи, включително механосинтез и метода на утаяване в микровълново поле, придружени от цялостна характеристика на техните каталитични и топлинни свойства. Акцентът е върху разбирането на механизмите на разграждане, чрез анализ на реактивни кислородни частици и оптимизиране на производителността им при различни условия.
Проектът включва разработване на хибридни технологии, които съчетават усъвършенствани окислителни процеси, магнитна хипертермия и гама-лъчение, за да се постигне максимална ефективност при третирането. Тези технологии ще бъдат тествани върху моделни замърсители, като текстилни багрила, с оценка на дългосрочната стабилност на нанокатализаторите.
Проектът е разработен от престижни институции от Сърбия, България и Словакия, осигурявайки интердисциплинарен подход, който обединява нанотехнологиите, ядрената физика и инженерството.
Очакваните резултати включват:
- Разработване на високоефективни наноматериали (нанокатализатори).
- Въвеждане на хибридни технологии в пречистването на отпадъчни води.
- Намаляване на радиоактивните отпадъци чрез рециклиране на запечатани радиоактивни източници.
- Укрепване на човешките ресурси и подобряване на научното сътрудничество между партньорите.
Проектът INMAT представлява новаторски подход към пречистването на отпадъчни води, поставяйки основите за разработването на устойчиви решения за справяне, както с локални, така и с глобални предизвикателства в областта на опазването на околната среда. Участващите държави — Сърбия, България и Словакия — са изправени пред критични проблеми в управлението на водите, включително недостатъчна инфраструктура за пречистване на отпадъчни води, заустяване на минни води в реките (особено в Сърбия и България) и замърсяване на водните ресурси с арсен (особено в Словакия и Сърбия).
Европейският съюз (ЕС) подчертава значението на опазването на водните ресурси и усъвършенстването на пречистването на отпадъчни води, както е отразено в редица регламенти и директиви, включително 91/271/EEC, 2000/76/EC, 1999/31/EC, 2000/60/EC и 2020/741. Проектът INMAT директно съответства на тези приоритети на ЕС, разработвайки иновативни технологии от следващо поколение, предназначени за ефективно разграждане на сложни замърсители в отпадъчни води, като същевременно подпомага прехода към по-устойчиво управление на водните ресурси.
Списък на членовете:
Ръководител на научния колектив
Доц., д-р Ралица Младенова – Учен
Участници:
Доц., д-р Христо Колев – Учен
Доц., д-р Мая Шопска – Учен
Гл. ас., д-р Илияна Христова – Учен
Ас. Божидар Граховски – Млад учен
Анна Василева – Студент
Калоян Иванов – Студент
Обща цел:
Проектът има следните основни цели:
Разработване на иновативни материали
Проектиране и синтез на усъвършенствани наноструктурирани материали (магнитни оксидни наноструктури и нанокомпозити), чрез устойчиви методи като сух и мек механосинтез.
Оптимизация на синтезираните материали за приложение в хетерогенния катализ със специален акцент върху ефективността им при пречистване на отпадъчни води.
Комплексна характеристика на материалите
Изследване на структурните, химичните и функционалните свойства на синтезираните материали, чрез усъвършенствани аналитични техники.
Разбиране на връзките между свойствата на материалите (например, химия на повърхността, порьозност, реактивност) и тяхното представяне в технологии за пречистване на води.
Оценка на каталитичната ефективност на иновативните материали
Оценка на ефективността на синтезираните материали при разграждането на текстилни багрила от отпадъчни води, чрез предложените технологични процеси.
Изследване на влиянието на оперативните параметри (напр., pH, температура, концентрация на замърсителите) върху ефективността на каталитичния процес.
Въвеждане на усъвършенствани технологии за пречистване на отпадъчни води
Изследване на потенциала на процеси, включващи магнитна хипертермия и реакцията на Фентън.
Изследване на технология, базирана на гама радиация, която съчетава ефектите от радиацията от „изразходвани“ източници с AOPs.
Анализ на реактивни кислородни частици (ROS) за разбиране на механизмите на разграждане
Количествено определяне и анализ на генерирането на ROS по време на каталитични и радиологични обработки за разбиране на молекулярните механизми на разграждане на органични замърсители.
Корелация между формирането на ROS, свойствата на материалите и ефективността на обработката с цел оптимизация на материалите.
Специфични цели:
Разработване на иновативни магнитни наноструктурирани материали и нанокомпозити чрез устойчиви методи на синтез.
Оптимизация на материалите за приложение в хетерогенен катализ при пречистване на отпадъчни води.
Комплексно охарактеризиране на структурните, химичните и функционалните свойства на материалите с напреднали аналитични техники.
Оценка на каталитичната ефективност при разграждане на органични замърсители и изследване влиянието на работните параметри.
Разработване на хибридни технологии за пречистване на води, включващи магнитна хипертермия, усъвършенствани окислителни процеси (AOPs) и гама-радиация.
Анализ на реактивни кислородни частици (ROS) за изясняване на механизмите на разграждане и оптимизиране на материалите.
Основни дейности:
Синтез на магнитни нанокатализатори и нанокомпозити чрез механохимични и химични методи.
Физикохимична характеристика на материалите (XRD, TEM, XPS, BET, EPR и др.).
Изследване на каталитичната активност при разграждане на моделни органични замърсители.
Изследване на процеси на магнитна хипертермия и Фентън-подобни реакции.
Провеждане на експерименти с гама-радиация от „изразходвани“ запечатани радиоактивни източници.
Анализ на генерираните радикали и механизмите на разграждане чрез спектроскопски и аналитични методи.
Оптимизация на технологичните параметри и оценка на синергичните ефекти между радиация, нанокатализатори и окислителни процеси.
Очаквани резултати:
Разработване на високоефективни магнитни наноматериали за екологични приложения.
Създаване на хибридни технологии за пречистване на отпадъчни води, базирани на AOPs, магнитна хипертермия и гама-радиация.
Демонстрация на възможност за рециклиране на „изразходвани“ радиоактивни източници в екологични технологии.
По-добро разбиране на механизмите на разграждане на органични замърсители чрез анализ на ROS.
Укрепване на научното сътрудничество между партньорите и развитие на човешкия ресурс.