Sustainable design of composite materials for hybrid wastewater treatment - PRIN 2022 - 20223CR2AE

Il progetto SMARTER affronta due urgenti problemi ambientali correlati alle acque reflue: l'accumulo di metalli e la presenza diffusa di contaminanti organici. L'obiettivo è sviluppare una tecnologia semplice basata su materiali derivati ​​da rifiuti industriali riciclati, in grado di purificare flussi specifici dal trattamento primario prima del riutilizzo o dello smaltimento sicuro. In dettaglio, SMARTER mira a dimostrare la fattibilità di un materiale composito, assemblando costituenti adsorbenti e fotocatalitici in una membrana, destinati al trattamento di acque reflue ibride, ovvero contenenti sia inquinanti inorganici (IP) che organici (OP), in particolare di alcuni specifici ioni di metalli pesanti (Fe3+, Cu2+, Mn2+, Ni2+), pesticidi e farmaci. L'ossido di grafene ridotto (rGO) sarà testato come materiale adsorbente autonomo sfruttando la sua duplice natura di essere efficace nel catturare ioni metallici e nel formare membrane sottili se adeguatamente preparato. Per fare ciò, il GO deve essere ridotto in modo controllato e ciò sarà realizzato in modo ecocompatibile utilizzando acido ascorbico al posto di agenti riducenti forti comunemente usati, spesso tossici. Mentre le note proprietà fotocatalitiche del biossido di titanio saranno sfruttate per degradare la frazione organica degli inquinanti; particolare attenzione sarà prestata alla valutazione dell'interazione dell'interfaccia tra TiO2 e rGO sull'efficacia fotocatalitica. La quantità appropriata di fotocatalizzatore sarà definita per preservare la capacità di autoassemblaggio della membrana basata su rGO. Perseguendo una logica di economia circolare, uno degli argomenti principali SMARTER sarà la sostituzione della titania con la tionite, una materia prima secondaria, derivante dai residui del processo di dissoluzione delle scorie per TiO2. Il riciclaggio di un materiale di scarto, come la tionite, non convenzionale rispetto alla tecnologia attuale, è una parte importante e critica di questo progetto pensato per ridurre gli impatti ambientali complessivi, che saranno valutati analiticamente mediante la metodologia di valutazione del ciclo di vita (LCA). Finora, i compositi che utilizzano combinazioni di semiconduttori, metalli nobili o derivati ​​del grafene non hanno la durata richiesta e utilizzano materiali costosi. Per superare questi inconvenienti, il progetto si concentrerà sulla progettazione di un composito, sostenibile e in grado di sopportare un uso ripetuto, insieme a qualità che consentano un recupero a basso costo dai flussi di effluenti, con una potenziale applicazione su larga scala. Gli obiettivi di SMARTER sono in accordo con la missione 2 "Rivoluzione verde e transizione ecologica" del Piano nazionale di ripresa e resilienza (NRRP) del governo italiano e i suoi risultati sarebbero vantaggiosi per la società in termini di riciclaggio dei rifiuti e miglioramento dei trattamenti di depurazione delle acque. Infine, SMARTER assumerà giovani ricercatori temporanei (per un investimento di circa il 45% dell'intero budget), offrendo loro strumenti educativi e professionali, che potrebbero aumentare notevolmente le loro prospettive di carriera.