Modificazione chimica di feltri a base di canapa e loro applicazioni per eliminare i metalli da soluzioni acquose
Résumé
Nonostante siano stati fatti notevoli sforzi per il settore industriale negli ultimi 30 anni, l’inquinamento delle acque dovuto alla presenza di metalli rimane un problema significativo. E’ necessario impegnarsi costantemente per migliorare la qualità dell’acqua e in teoria, molti metodi potrebbero essere adatti per raggiungere questo obiettivo. Tuttavia, bisogna ricordare che è estremamente difficile rimuovere metalli presenti a basse concentrazioni da effluenti che sono eterogenei e di natura variabile. Generalmente, a questo scopo, può essere considerato un doppio approccio sequenziale: in primis l’adsorbimento su carbone attivo commerciale per rimuovere sostanze organiche e per proteggere la fase successiva del trattamento, in secundis lo scambio ionico e/o chelazione mediante resine organiche polimeriche per rimuovere i metalli. Dal 2013, il nostro laboratorio fa parte di un progetto regionale finanziato dall’Agenzia francese dell’acqua e dall’Europa per il trattamento delle acque reflue non chiarificate con materiali non convenzionali innovativi contenenti molecole naturali come la canapa (Cannabis sativa L.), pianta latifoglia annuale. L’obiettivo principale di questo progetto è quello di trovare materiali adsorbenti alternativi a basso costo, efficaci per la rimozione dei metalli e rispettosi dell’ambiente per far fronte alle esigenze economiche e ambientali connessi con le esigenze industriali. La canapa sta attirando l’attenzione grazie al suo basso costo, all’abbondanza nella maggior parte del mondo, alla disponibilità di grandi quantità e alle sue caratteristiche chimico-fisiche utili come materiali lignocellulosici ad alta potenzialità.
In questo lavoro, per la prima volta, si propone l’utilizzo di un materiale a base di canapa sottoforma di feltro contenente gruppi carbossilici per la rimozione di una miscela di sei metalli (Cd, Co, Cu, Mn, Ni e Zn) presenti in soluzione acquosa sintetica mediante un processo di adsorbimento. Questo adsorbante non convenzionale è stato preparato mediante reticolazione delle molecole di maltodestrine con un acido policarbossilico come agente reticolante e il materiale ottenuto è stato caratterizzato mediante tecniche di NMR allo stato solido. Sono qui presentate e discusse le proprietà di adsorbimento per mezzo della tecnica del batch. I risultati degli esperimenti di adsorbimento mostrano l’elevata capacità di adsorbimento del materiale in esame: 1 g di canapa modificato é in grado di rimuovere 22 mg di metalli presenti in 100 mL di soluzione ad una concentrazione iniziale di 50 mg/L per ogni metallo, a differenza del feltro grezzo che, alle stesse condizioni sperimentali, rimuove 7,1 mg di metalli. Il pH ottimale è compreso tra 4 e 6, e il rendimento é concentrazione-dipendente. La cinetica é uniforme e rapida: a pH 5, l’equilibrio di adsorbimento dei metalli viene raggiunto rapidamente, questo è interessante per un futuro sviluppo industriale nel trattamento delle acque reflue. Le prestazioni del materiale a base di canapa possono essere spiegate con la presenza di interazioni tra gli ioni metallici e i gruppi carbossilici tramite meccanismi di chemiadsorbimento (interazione elettrostatica, scambio ionico). In questo studio, il feltro è stato utilizzato mediante tecnica in batch, ma per future applicazioni potrebbe essere utilizzato come un filtro-bag.