Nanofillers doped buckypaper membranes for highly enhanced recovery of pollutants from wastewater

Abstract

L’acqua è un bene prezioso, fonte di vita sulla Terra. Sin dalla notte dei tempi, questa minuscola molecola fatta di soli due elementi e tre atomi, ha assistito all’alternarsi di ere geologiche, ha conosciuto epoche e visto lo sviluppo e il declino di civiltà che attorno all’acqua hanno costruito la loro ricchezza e il loro sostentamento. Dall’acqua dipende la vita e attorno all’acqua si è costruita la vita. L’idea che questa risorsa naturale sia sempre stata presente sulla Terra ha fatto credere per molto tempo che essa sia una fonte inesauribile, a cui tutti possono accedere illimitatamente per soddisfare i propri bisogni. Tuttavia, se fino al secolo scorso, il rapporto tra la domanda e l’offerta si è mantenuto pressoché unitario, con l’avvento della civiltà moderna e, dunque, con lo sviluppo economico che ciò ha comportato, si è assistito a un progressivo aumento della disuguaglianza tra questi due termini, con il primo, quello della domanda, che è letteralmente schizzato alle stelle. La richiesta d’acqua da parte della popolazione mondiale, che attualmente ammonta a 8 miliardi, per il soddisfacimento dei propri bisogni quotidiani ha portato, nel corso degli anni, a un enorme consumo di questa risorsa, senza però che la Terra ricevesse nel frattempo un efficiente ricambio di acqua pulita. Non solo, infatti, il consumo d’acqua è notevolmente aumentato, e le risorse del pianeta nel frattempo sono rimaste pressoché uguali, ma gran parte di questa grossa quantità di acqua è stata sprecata e costantemente inquinata. Inquinata da quella stessa popolazione che ne fa domanda, attraverso il rilascio improprio di rifiuti provenienti dagli impianti di scarico di attività connesse con il sostentamento della vita umana, in primis quelle industriali. Stando a quanto riportato dall’ONU all’Assemblea Generale delle Nazioni Unite del luglio 2010, l’acqua è un diritto umano universale e a tutti deve essere garantito l'accesso all'acqua potabile, al fine di prevenire l’insorgere di malattie infettive. Pratiche di igiene e sanificazione sono dunque necessarie e obbligatorie per rimuovere gli inquinanti presenti nelle acque, prima che queste vengano nuovamente introdotte sulla superficie terrestre e giungano poi sulla nostra tavola. A seguito della notevole diversificazione delle attività antropogeniche, gli inquinanti comunemente rinvenuti nelle acque sono molteplici. Si annoverano coloranti, pesticidi, metalli pesanti, farmaci e organismi patogeni come batteri e virus. Accanto a queste “molecole”, una grossa fonte di inquinamento è poi rappresentata dalla presenza di plastiche, il cui consumo negli ultimi decenni è cresciuto in maniera esponenziale. Il seguente lavoro di tesi si propone di sviluppare delle nuove membrane a base di nanotubi di carbonio (CNTs) da impiegare nella rimozione di inquinanti dalle acque mediante processi di fotocatalisi o di assorbimento. Le membrane a base di CNTs, anche note come buckypapers, si presentano come dei fogli sottili, perfettamente autosostenuti, in cui i CNTs sono assemblati formando una vera e propria rete. Le prestazioni di tali membrane dipendono molto dal tipo di CNTs utilizzati (SWNTs o MWNTs); in generale, però, a differenza delle membrane polimeriche attualmente in commercio, esse sono stabili anche ad alte temperature, sono inoltre flessibili, presentano una buona stabilità chimico-fisica e una buona conduttività elettrica. Al fine di migliorare le loro performances, tali membrane sono state dopate con opportune nanoparticelle, introdotte allo scopo di incrementare selettivamente il recupero dei seguenti inquinanti: piombo e cerio, per quanto concerne la categoria dei metalli pesanti, e, per la categoria dei farmaci, le molecole di diclofenac, ketoprofene e naprossene, tutte comunemente impiegate come antinfiammatori. Nell’ottica della degradazione di inquinanti mediante processi fotocatalitici, sono state inoltre sviluppate nuove membrane composite della forma semiconduttore/buckypapers, in cui questi ultimi espletano la funzione di supporto a uno strato fine di semiconduttore depositato sulla loro superficie. In tal caso, una nuova applicazione nella degradazione di coloranti e antinfiammatori è stata rinvenuta per tali membrane, le quali hanno mostrato delle ottime efficienze di rimozione per gli inquinanti investigati.