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Bucce d’arancia contro gli inquinanti: i raggi X svelano come funziona
Il Fraunhofer IAP ha presentato di recente risultati che chiariscono la chimica superficiale di materiali derivati da scarti vegetali e studiati per rimuovere inquinanti dall’acqua. Le analisi condotte nell’ambito delle ricerche guidate dall’Università di Potsdam mostrano come il carbonio ottenuto dalle bucce d’arancia formi legami con componenti minerali: interazioni che aiutano a comprendere il comportamento dei materiali durante il trattamento dell’acqua.
Il gruppo di chimica dei materiali diretto da Andreas Taubert ha combinato biochar, un materiale carbonioso ricavato dal trattamento termico della biomassa, con argilla e ossidi metallici. Uno degli studi richiamati nel comunicato, pubblicato a maggio sul New Journal of Chemistry e firmato da Morenike O. Adesina e colleghi, esamina un composito contenente anche melammina, utilizzato contro tetraciclina e bisfenolo A.
Per studiare queste superfici, Jiyong Kim del Fraunhofer ha impiegato la spettroscopia fotoelettronica a raggi X, o XPS. La tecnica misura l’energia degli elettroni emessi dal campione quando viene irradiato, fornendo informazioni sugli elementi e sul loro ambiente chimico nei primi 1–10 nanometri. L’analisi richiede una preparazione minima, senza dissolvere il materiale.
Nei compositi di bucce d’arancia, argilla e diossido di titanio, i ricercatori hanno individuato legami alle interfacce che coinvolgono titanio, ossigeno, carbonio e alluminio. Questi collegamenti si formano durante il trattamento termico. La tecnica distingue inoltre l’azoto incorporato nelle strutture inorganiche contenenti titanio da quello rimasto nei residui organici.
Nel lavoro sul New Journal of Chemistry, l’incorporazione dell’azoto nel reticolo del materiale contribuisce a modificarne l’assorbimento della luce. Il composito mostra così una migliore attività di fotocatalisi sotto illuminazione visibile rispetto al diossido di titanio non modificato: l’energia luminosa favorisce reazioni che degradano gli inquinanti.
Nei test in soluzione acquosa, a 25 °C e pH neutro, gli autori riportano la degradazione completa della tetraciclina entro 30 minuti; per il bisfenolo A, inizialmente presente a 10 milligrammi per litro, la degradazione raggiunge l’82% in 120 minuti. La mineralizzazione, cioè la conversione del carbonio organico in forme inorganiche, si ferma però al 46–50%: la scomparsa delle molecole iniziali non corrisponde alla loro completa mineralizzazione.
Gli esperimenti indicano nei radicali superossido le principali specie reattive coinvolte nella degradazione. Gli autori hanno inoltre verificato l’attività contro la tetraciclina in acqua di fiume e il riutilizzo dei catalizzatori senza una perdita significativa di efficienza nelle prove eseguite.
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