New crosslinked cyclodextrin-based MOFs for the removal of Emerging Contaminants - Finanziamento dell’Unione Europea – NextGenerationEU – missione 4, componente 2, investimento 1.1.

I contaminanti emergenti (CE) stanno diventando uno dei principali problemi dei nostri tempi, rappresentando una seria minaccia per la salute dell'uomo e degli ecosistemi. I CE sono composti, di origine naturale o sintetica, rilasciati nell'ambiente da attività umane non ancora regolate da leggi ambientali. Nello specifico, essi derivano da prodotti farmaceutici, pesticidi, cosmetici e industriali. Tracce di CE sono stati trovati persino nelle acque destinate al consumo umano e fonti alimentari. Dal momento che gli effetti a lungo termine dei CE sono ancora sconosciuti, la messa a punto di nuovi metodi per la loro cattura e rimozione dall'ambiente è di primaria importanza. In questo progetto, proponiamo di sviluppare e studiare una nuova tipologia di nanospugne (NS) cristalline altamente porose per l'adsorbimento e rimozione di CE da acque contaminate. Queste NS sono derivate da "metal organic framework (MOF)" privi di tossicità, a basso costo e sostenibili, ottenuti per semplice miscelazione di ciclodestrine (CD) con ioni metallici (e.g., K, Na, ecc.). I CD-MOF presentano un'elevata area superficiale (i.e, centinaia di m2/g) e capacità di adsorbimento di gas. Tuttavia, l'impiego di CD-MOF in mezzi acquosi non è conveniente per via della loro solubilità. Al fine di superare tale limite, è possibile rendere i CD-MOF insolubili in qualunque solvente, mediante reazioni di crosslinking, stabilizzando in tal modo la loro struttura cristallina. Tali NS cristalline a base di CD (CD-MOF-NS) mostrano un'area superficiale superiore alle analoghe NS amorfe, descritte in letteratura. La ragione di ciò giace nella loro struttura ordinata e microporosità accessibile. Rispetto alle CD-NS amorfe, ampiamente studiate per la decontaminazione di acque, che già di per sé mostrano una capacità di cattura comparabile o, in alcuni casi persino superiore agli adsorbenti commerciali, le CD-MOF-NS rappresenterebbero un'ulteriore evoluzione di tale tecnologia. A differenza della maggioranza dei materiali adsorbenti, le CD-MOF-NS offrono un vantaggio che deriva dalla presenza di due diverse tipologie di pori: la cavità interna delle ciclodestrine, lipofila e in grado di ospitare inquinanti organici apolari, e gli spazi interstiziali tra le CD, che invece sono idrofili e capaci di intrappolare inquinanti polari. Anche gli ioni metallici possono essere catturati, nel caso in cui si utilizzino crosslinker dotati di gruppi acidi. Queste caratteristiche rendono le CD-MOF-NS uno strumento notevolmente versatile, la cui effettiva capacità sequestrante rimane quasi interamente inesplorata. In questo progetto, una squadra di tre unità, con ampia esperienza nel campo e conoscenze complementari, si occuperà di preparare, caratterizzare e testare diverse formulazioni di CD-MOF-NS. Le sintesi saranno condotte variando una serie di parametri sperimentali e successivamente ottimizzate in accordo con i principi della "chimica verde". Tutti i campioni saranno studiati in modo approfondito, al fine di determinare la loro composizione chimica e struttura cristallina. In seguito, le NS cristalline saranno usate per la rimozione di EC da acque, mediante modalità in-batch e in-flusso. Infine, si indagherà anche la possibilità di riciclare o rigenerare le CD-MOF-NS.