I coloranti sono ampiamente utilizzati in settori come quello tessile, cosmetici, trasformazione dei prodotti alimentari, fabbricazione della carta e della plastica. Globalmente, produciamo circa 700, 000 tonnellate - il peso di due Empire State Building - di tintura ogni anno per colorare i nostri vestiti, ombretto, giocattoli e distributori automatici di caramelle.

Durante la produzione, circa un decimo di tutti i prodotti coloranti viene scaricato nel flusso dei rifiuti. La maggior parte di questi coloranti sfuggono ai processi convenzionali di trattamento delle acque reflue e rimangono nell'ambiente, spesso raggiungendo laghi, fiumi e stagni, e contaminare l'acqua per le piante e gli animali acquatici che vi abitano. Anche solo un po' di colore aggiunto può bloccare la luce solare e prevenire la fotosintesi delle piante, che sconvolge l'intero ecosistema acquatico.

Un team guidato dall'Università di Washington ha creato un modo ecologico per rimuovere il colore dai coloranti in acqua in pochi secondi. La tecnica è stata descritta in un articolo pubblicato online a giugno sulla rivista Catalisi applicata B:ambientale .

"Una piccola quantità di colorante può inquinare un grande volume d'acqua, quindi dovevamo trovare un modo per rimuovere il colore in modo molto rapido ed efficiente, " ha detto l'autore senior Anthony Dichiara, un assistente professore di scienze e ingegneria delle risorse biologiche presso la UW School of Environmental and Forest Sciences. "Siamo rimasti piuttosto colpiti da ciò che siamo stati in grado di ottenere".

Il team di ricerca ha sviluppato un metodo che rimuove il colore dall'acqua utilizzando un materiale spugnoso creato dalla polpa di legno e piccoli frammenti di metallo. Cellulosa, la struttura principale nelle pareti cellulari delle piante e il materiale naturale più abbondante sulla Terra, fornisce la spina dorsale del materiale, che è decorato con piccoli pezzi di palladio. Questo metallo funge da catalizzatore per aiutare a rimuovere rapidamente il colore.

Invece di rimuovere il colorante dall'acqua, il team di ricerca ha cercato di cambiare il colore dei coloranti in qualcosa che non rientra in ciò che possiamo vedere nello spettro visibile. Una reazione chimica può Per esempio, disgrega il colore rosso e fallo apparire chiaro, o incolore. Nel caso di prodotti di scarto coloranti che colorano artificialmente l'acqua dei laghi e impediscono la fotosintesi, cambiare il colorante da rosso a trasparente dovrebbe consentire alle piante di crescere di nuovo normalmente.

La riduzione chimica dei coloranti mediante molecole chiamate "agenti riducenti" può alterare la struttura del colorante e cambiarne il colore da rosso o blu a trasparente. Però, la reazione non è molto efficiente e può richiedere settimane per verificarsi. Il materiale dell'UW contiene un catalizzatore che lavora con l'agente riducente per accelerare questo processo fino a renderlo quasi istantaneo.

Nel nuovo giornale, i ricercatori descrivono il processo semplice e sostenibile che hanno sviluppato per realizzare il materiale decolorante. I ricercatori hanno combinato molecole di cellulosa con metallo palladio, riscaldato la soluzione e mescolata in un frullatore. Poi hanno purificato e liofilizzato il materiale in modo che diventasse poroso, sostanza riutilizzabile. La spugna risultante è composta per più del 99% di aria:i suoi pori dilatati consentono all'acqua di entrare e uscire, mentre le particelle di catalizzatore metallico all'interno del materiale lavorano per rimuovere qualsiasi colore presente.

Proprio come una vera spugna, il materiale può essere spremuto dalla sua acqua e riutilizzato più volte senza perdere la capacità di rimuovere il colore dall'acqua. I ricercatori affermano che è difficile realizzare un materiale così leggero che sia impeccabile dopo molti cicli di spremitura e filtraggio, soprattutto quando la spugna deve mantenere la sua struttura simile al formaggio svizzero fusa con particelle che riducono il colore.

I ricercatori hanno testato la loro spugna in laboratorio utilizzando coloranti blu e rossi che si trovano comunemente nell'industria tessile. Hanno versato l'acqua colorata, già miscelata con la molecola esistente che aiuta a ridurre il colore, sulla spugna. Mentre il liquido passava attraverso il materiale, l'acqua risultante era limpida. In un'altra prova, hanno fatto roteare il materiale spugnoso all'interno di un vaso contenente acqua tinta di blu, e dopo circa 10 secondi il colore è scomparso.

Al di fuori dei test di laboratorio, i ricercatori dicono che molti piccoli materiali simili a spugne potrebbero essere rilasciati in un lago inquinato da colorante, insieme alla molecola per aiutare a ridurre il colore. Simile a far roteare una bustina di tè intorno a una tazza, le spugne potrebbero essere trascinate intorno al lago fino a quando tutto il colore non scompare.

"Basta una piccola quantità di colorante può cambiare drasticamente il colore di un lago, " Dichiara ha detto. "Questo metodo potrebbe funzionare bene quando si hanno basse concentrazioni di colorante nell'acqua di cui è necessario occuparsi molto rapidamente".