Tra le molte fragilità delle nostre risorse idriche vi è la presenza di nuove sostanze potenzialmente dannose che richiedono efficaci soluzioni per la depurazione. Una nuova tecnologia, che impiega il grafene per potenziare le membrane filtranti polimeriche, è stata messa a punto dai ricercatori dell'Istituto per la sintesi organica e fotoreattività (Cnr-Isof) e dell'Istituto per la microelettronica e microsistemi (Cnr-Imm) del Consiglio nazionale delle ricerche, in collaborazione con la svedese Chalmers University e pubblicata sulla rivista Nanoscale.
"Combinando fogli di ossido di grafene (GO) con membrane di polisulfone e derivati (PSU)", spiegano Manuela Melucci e Vincenzo Palermo di Cnr-Isof, coordinatori del team di ricercatori che ha svolto la ricerca nell'ambito del progetto europeo Graphene Flagship, "abbiamo realizzato filtri capaci di catturare contaminanti organici, molecole costituenti principi attivi di farmaci, cosmetici o detergenti che spesso non sono eliminati dai trattamenti convenzionali e che possono quindi contaminare le acque della rete idrica".
La capacità di filtraggio del nuovo materiale GO-PSU è stata testata dai ricercatori su campioni di acque contaminate con sostanze quali la rodamina, colorante molto usato in campo tessile e farmaceutico, l'antibiotico ofloxacina e l'antinfiammatorio diclofenac, principi attivi presenti in decine di colliri, compresse, pomate. "Queste molecole fanno parte dei cosiddetti inquinanti emergenti - farmaci, pesticidi, detergenti e fragranze varie - individuati recentemente nelle acque potabili e oggetto di attenzione per i possibili rischi per la salute e l'ambiente, tanto da richiedere la revisione della direttiva europea sull'acqua potabile attualmente al vaglio della UE. Le misure hanno confermato che le performance di filtraggio delle membrane di polisulfone addizionato con ossido di grafene superano di oltre tre volte quelle del materiale standard contenente solo polisulfone", spiega Vincenzo Palermo del Cnr-Isof e vicedirettore di Graphene Flagship. "Le eccellenti prestazioni sono dovute alle proprietà uniche dei materiali bidimensionali, in particolare alla struttura dell'ossido di grafene: la disposizione a strati di questi foglietti, separati tra loro da distanze nanometriche che possiamo controllare, è ideale per intrappolare le molecole contaminanti e più efficiente di quella di classici filtri tridimensionali".
La tecnica sviluppata dai ricercatori è una novità già protetta da una domanda di brevetto internazionale. "Tutto il procedimento si svolge in acqua, senza l'uso di solventi chimici e utilizza le microonde per immobilizzare stabilmente i foglietti di grafene sul polimero", commenta Manuela Melucci del Cnr-Isof. "Poiché qualsiasi materiale per la depurazione delle acque non deve rilasciare ulteriori contaminanti nell'acqua filtrata, è infatti essenziale che gli additivi usati per potenziare le membrane siano immobilizzati in maniera stabile. I test eseguiti inserendo il composito GO-PSU in cartucce filtranti commerciali hanno confermato la grande stabilità del nuovo materiale che non presenta rilascio di grafene nelle acque trattate, nei limiti di rivelabilità analitici disponibili".
I vantaggi del nuovo materiale non finiscono qui. "Le membrane GO-PSU possono essere recuperate dopo l'uso, lavate con un solvente specifico per rimuovere i contaminanti che hanno raccolto e impiegate nuovamente", concludono i ricercatori. "Inoltre, la tecnica per addizionare l'ossido di grafene può essere applicata anche a scarti della produzione industriale di membrane in polisulfone, riutilizzando residui di processo altrimenti da smaltire e abbattendo i costi. Infine, sfruttando la possibilità di funzionalizzare chimicamente il grafene, si potrebbero creare membrane che filtrino solo determinati inquinanti di specifico interesse".
Roma, 17 dicembre 2019
Immagini:
Immagine 1: ingrandimento su scala micrometrica del polisulfone ricoperto da uno strato di ossido di grafene (immagine al microscopio elettronico)
Immagine 2: rappresentazione artistica
La scheda
Chi: Cnr-Isof e Cnr-Imm
Che cosa: Graphene oxide–polysulfone filters for tap water purification, obtained by fast microwave oven treatment A. Kovtun, M. Zambianchi, C. Bettini, A. Liscio, M. Gazzano, F. Corticelli, E. Treossi, M. L. Navacchia, V. Palermo and M. Melucci, Nanoscale, 2019, Advance Article, DOI: 10.1039/C9NR06897J
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