I ricercatori in Svezia hanno sviluppato un modo più ecologico per rimuovere i metalli pesanti, coloranti e altri inquinanti dall'acqua. La risposta sta nel filtrare le acque reflue con un materiale in gel ricavato dalla cellulosa vegetale e addizionato di piccoli puntini di carbonio prodotti in un forno a microonde.

Reportage sul giornale Mariali e tecnologie sostenibili , ricercatori del KTH Royal Institute of Technology, in collaborazione con Politecnico di Torino, progettato una tecnica più sostenibile per la produzione di compositi idrogel, un tipo di materiale ampiamente studiato per la decontaminazione delle acque reflue.

Minna Hakkarainen, che guida la divisione della tecnologia dei polimeri presso il KTH Royal Institute of Technology, dice che gli idrogel rimuovono i contaminanti come gli ioni di metalli pesanti, coloranti e altri inquinanti comuni.

"La quantità totale di acqua sulla Terra non cambia con il tempo, ma la domanda sì, " dice. "Questi idrogel interamente lignocellulosici offrono un promettente, soluzione sostenibile per garantire l'accesso all'acqua pulita".

I compositi idrogel possono essere realizzati al 100% da lignocellulosa, o materia vegetale, la biorisorsa più abbondante sulla Terra, lei dice.

Un ingrediente è la gomma di cellulosa (carbossimetilcellulosa, o CMC), un addensante ed un'emulsione derivati ​​comunemente dalla polpa di legno o dai sottoprodotti della lavorazione del cotone e utilizzati in vari prodotti alimentari, compreso il gelato. All'idrogel vengono aggiunti punti di carbonio simili all'ossido di grafene sintetizzati dalla biomassa con l'aiuto del calore a microonde. I compositi idrogel vengono quindi polimerizzati con luce UV, un processo delicato che avviene in acqua a temperatura ambiente.

Gli idrogel sono costituiti da una rete di catene polimeriche che non solo assorbono acqua, ma raccolgono anche molecole e ioni mediante interazioni elettrostatiche, un processo noto come adsorbimento. Hakkarainen afferma che il nuovo processo rafforza anche la stabilità dei compositi di idrogel in modo che possano durare più a lungo degli idrogel ordinari per cicli ripetuti di purificazione dell'acqua.

L'ossido di grafene è diventato un additivo preferito per questa miscela, a causa della sua elevata capacità di assorbimento, ma il costo ambientale della produzione di ossido di grafene è elevato.

"L'ossido di grafene è un ottimo assorbente, ma il processo di produzione è duro, ", afferma. "Il nostro percorso si basa su materie prime comuni a base biologica e su processi significativamente più miti con un impatto minore sull'ambiente".

Il grafene è derivato dalla grafite, una forma cristallina di carbonio che la maggior parte delle persone riconoscerebbe come il "piombo" delle matite. In forma ossidata può essere utilizzato negli idrogel, ma il processo di ossidazione richiede sostanze chimiche e condizioni aggressive. La sintesi del grafene dalla biomassa richiede spesso temperature fino a 1300°C.

Al contrario, i ricercatori del KTH hanno trovato un modo per carbonizzare la biomassa a temperature molto più basse. Hanno ridotto il lignosolfato di sodio, un sottoprodotto della pasta di legno, in scaglie di carbone riscaldandolo in acqua in un forno a microonde. L'acqua viene portata a 240C, e si mantiene a quella temperatura per due ore.

Alla fine, dopo un processo di ossidazione, hanno prodotto punti di carbonio di circa 10-80 nanometri di diametro, che vengono poi miscelati con il CMC metacrilato e trattati con luce UV per formare l'idrogel.

"Questo è un semplice, sistema sostenibile, " Hakkarainen dice. "Funziona anche, se non meglio, rispetto ai sistemi di idrogel attualmente in uso."