Acque reflue, dagli scarti di giunco un aiuto per rimuovere i coloranti

I ricercatori dell’Università Doshisha, in Giappone, hanno sviluppato un nuovo prodotto che valorizza gli scarti vegetali e rimuove i coloranti dalle acque. Una nuova opportunità per la bioeconomia circolare

di Matteo Cavallito

Trasformare uno scarto vegetale in un materiale riutilizzabile per catturare gli inquinanti presenti nelle acque. È l’obiettivo degli scienziati dell’Università Doshisha di Kyoto, in Giappone, che hanno utilizzato biomassa di giunco per ottenere un carbone attivo arricchito con particelle di rame zerovalente, una forma metallica dell’elemento. Il materiale, spiega uno studio pubblicato sul Journal of Environmental Chemical Engineering, ha mostrato la capacità di rimuovere tre coloranti sintetici. Conservando buone prestazioni anche dopo ripetuti cicli di rigenerazione.

La ricerca si inserisce nel campo delle soluzioni circolari per la realizzazione di bioprodotti “valorizzando al contempo gli scarti agricoli e coniugando la loro gestione ecocompatibile con lo sviluppo di strumenti ad alte prestazioni per il risanamento ambientale”.

Coloranti persistenti, una sfida per la depurazione delle acque

Le industrie tessili, cartarie, conciarie e alimentari possono generare acque reflue contenenti coloranti sintetici. La loro rimozione è complicata dalla stabilità chimica di molte di queste sostanze. Questa, infatti, “può prolungare la persistenza della colorazione, ridurre la penetrazione della luce nelle acque riceventi ed esporre gli organismi acquatici a composti potenzialmente tossici”. Alcuni coloranti e i prodotti della loro degradazione, inoltre, “sono stati associati anche a effetti negativi sulla salute umana in seguito a un’esposizione prolungata ad acqua contaminata”.

I trattamenti disponibili presentano vantaggi e limiti. L’ossidazione può generare prodotti secondari che richiedono ulteriori interventi, mentre le membrane comportano problemi di incrostazione, gestione dei concentrati, consumi energetici e manutenzione.

Una possibile tecnica di pulizia è l’adsorbimento, il processo attraverso cui i contaminanti vengono trattenuti sulla superficie di alcuni materiali. Tra questi il carbone attivo che ha però alti costi di produzione. Da qui, dunque, la necessità di cercare alternative nei prodotti ottenuti da residui agricoli e vegetali.

Un materiale vegetale potenziato dal rame

Il gruppo ha riscaldato gli scarti di giunco insieme a due composti, il nitrato di rame e l’idrossido di potassio, ottenendo il materiale in un’unica fase. I gas prodotti dalla biomassa durante il processo hanno permesso di formare le particelle di rame metallico, mentre l’idrossido di potassio ha favorito la formazione dei pori nel carbone. Le analisi hanno mostrato che le particelle erano distribuite uniformemente nella struttura, dotata di un’ampia superficie capace di trattenere i contaminanti. I ricercatori hanno quindi testato il materiale su tre coloranti sintetici: blu di metilene, metilarancio e giallo tramonto.

Pur avendo cariche elettriche diverse, tutti e tre sono stati catturati più efficacemente dal carbone arricchito con rame rispetto a quello non modificato.

Le capacità massime stimate sono risultate pari a circa 62 milligrammi per grammo per il blu di metilene, 56 per il metilarancio e 36 per il giallo tramonto. La cattura coinvolge diversi meccanismi, tra cui attrazione elettrostatica, interazioni con la matrice carboniosa e legami con i siti metallici.

Riutilizzo e circolarità, le prospettive della ricerca

La possibilità di rigenerare il materiale è un altro risultato significativo. Utilizzando una soluzione a base di idrossido di potassio e acetone, i ricercatori hanno effettuato sei cicli consecutivi, “mantenendo un’efficienza di rimozione dei coloranti superiore al 90,6% per il blu di metilene e all’88,0% per il metilarancio”. Lo studio indica dunque una strada promettente per produrre materiali funzionali da risorse biologiche di scarto, coniugando valorizzazione della biomassa e trattamento delle acque.

“I risultati del nostro studio offrono l’opportunità di promuovere un’economia circolare: valorizzare la biomassa di giunco infestante, invasiva e a costo zero, trasformandola in una struttura carboniosa funzionale attraverso un processo ecocompatibile di co-pirolisi in un’unica fase”, sottolinea Michiaki Matsumoto, docente e co-autore dell’indagine. I risultati, in ogni caso, sono al momento l’esito di prove di laboratorio. L’impiego negli impianti industriali e il trattamento di acque contenenti miscele complesse di contaminanti restano prospettive da verificare.