Guscio d'uovo di scarto ingegnerizzato altamente efficiente

Apr 30, 2023

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 9676 (2022) Citare questo articolo

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La gestione sostenibile dei rifiuti e dell’acqua sono componenti chiave della più recente politica dell’UE in materia di economia circolare. Metodi di trattamento dell’acqua semplici, efficienti ed economici basati sul riutilizzo dei rifiuti sono prerequisiti per la salute umana, lo sviluppo sostenibile e il risanamento ambientale. La progettazione di assorbenti performanti ed economici rappresenta una questione di attualità nel trattamento delle acque reflue. Questo studio mirava a studiare lo sviluppo di un adsorbente di nuova progettazione funzionalizzando due diversi tipi di rifiuti (industriali e alimentari) con nanoparticelle magnetiche come materiale ecologico, altamente efficiente ed economico per la rimozione del cadmio da soluzioni acquose. Questo adsorbente nanoingegnerizzato (EFM) derivato dai gusci d'uovo di scarto e dalle ceneri volanti è stato utilizzato per rimuovere il cadmio dalla soluzione acquosa. L'analisi SEM ha dimostrato che le nanoparticelle di magnetite sono state caricate con successo con ciascun rifiuto. Inoltre, è stata ottenuta una doppia funzionalizzazione delle particelle di guscio d'uovo con particelle di cenere e magnetite. Di conseguenza, la superficie dell'EFM è aumentata sostanzialmente, come confermato da BET. È stata eseguita una caratterizzazione completa (BET, FT-IR, SEM, XRD e TGA) per studiare le proprietà di questo adsorbente di nuova progettazione. Sono stati condotti esperimenti batch per studiare l'influenza di diversi parametri di reazione: temperatura, pH, tempo di contatto, dosaggio dell'adsorbente, concentrazione iniziale. I risultati hanno mostrato che l'adsorbimento del cadmio raggiungeva l'equilibrio in 120 minuti, a pH 6,5, per 0,25 g di adsorbente. L'efficienza massima è stata del 99,9%. La ricerca sulle isoterme di adsorbimento ha mostrato che l'adsorbimento di Cd2+ adattato al modello Freundlich indicava un processo di adsorbimento multistrato molecolare. Inoltre, lo studio termodinamico (ΔG < 0, ΔH > 0; ΔS > 0) mostra che l'adsorbimento del cadmio è un processo spontaneo ed endotermico. Lo studio cinetico dell'adsorbente è stato descritto con il modello pseudo-secondo ordine che indica un meccanismo di chemisorbimento. I risultati del desorbimento hanno mostrato che l'adsorbente nanoingegnerizzato (EFM) può essere riutilizzato. Questi dati hanno confermato la possibilità di arricchire le conoscenze teoriche rilevanti nel campo del recupero dei rifiuti per ottenere adsorbenti di nuova concezione, performanti ed economici per la bonifica delle acque reflue.

L’inquinamento idrico, corroborato dal problema della scarsità d’acqua, è diventato una delle principali preoccupazioni non solo in Europa ma anche in tutto il mondo. È noto che i maggiori consumatori di acqua si registrano nell’industria e nell’agricoltura. Nei prossimi anni si prevede una crescita esponenziale del consumo di acqua in questi settori economici, che danneggerà la qualità e le riserve di acqua dolce. A questo proposito, l’economia globale emergente impone imperativamente una nuova strategia per la completa trasformazione dell’attuale economia lineare verso un concetto completamente nuovo basato sulla conservazione e la rigenerazione del capitale naturale. La più recente politica dell’UE in materia di economia circolare ha imposto un approccio strategico completamente diverso che consente lo sviluppo di metodi e tecnologie innovativi e altamente efficienti progettati per garantire il raggiungimento dei principali obiettivi europei: (1) sicurezza economica ed energetica; (2) maggiore competitività; (3) risorse sostenibili e gestione dei rifiuti1,2,3.

La gestione sostenibile dell’acqua costituirà in particolare una sfida permanente, a causa di diversi fattori, tra cui la tendenza all’aumento della popolazione globale, l’inquinamento, l’esaurimento delle risorse idriche e, ultimo ma non meno importante, l’aumento della domanda mondiale di cibo, bioenergia e acqua pulita1,2.

Di conseguenza, sono necessarie misure rapide ed efficaci per rimuovere gli inquinanti e decontaminare la fonte dell’inquinamento1,2,3.

Esistono diverse categorie di contaminanti nelle acque reflue industriali: metalli pesanti, composti organici (coloranti, prodotti farmaceutici, tensioattivi, fenoli, pesticidi, idrocarburi, composti alogenati, ecc.), solidi sospesi, altri. I metalli pesanti (Cd, Cu, Hg, Pb, Ni, Zn, As) rappresentano uno dei tipi più frequenti e pericolosi di inquinanti acquatici a causa della loro elevata tossicità per la salute umana e dell'impatto negativo sui biosistemi. Sebbene le acque reflue industriali contaminate da metalli pesanti siano attualmente un problema relativamente comune, è imperativo trattarle per evitare problemi ecologici estremamente gravi a lungo termine4,5,6,7,8.