Un articolo pubblicato sulla rivista Catalysis Communications descrive un approccio semplice, efficiente e sostenibile al degrado e al monitoraggio quantitativo di una miscela di idrocarburi policiclici aromatici (IPA), inquinanti emergenti che contaminano vari ecosistemi, a causa di fuoriuscite di petrolio e altri combustibili fossili e di smaltimento improprio di rifiuti industriali.
Gli inquinanti emergenti sono composti chimici che sono stati recentemente identificati come dannosi per la salute umana e per l’ambiente, ma che non vengono regolarmente monitorati e non possono essere rimossi con i metodi convenzionali di trattamento delle acque reflue. Gli esempi includono il bisfenolo (utilizzato in alcuni tipi di plastica), alcuni pesticidi e sostanze presenti nei prodotti per la cura personale e nei farmaci.
Alla ricerca di soluzioni a questo problema, ricercatori brasiliani affiliati all’Università Federale di São Carlos (UFSCar), all’Università Statale di São Paulo (UNESP) e all’Università Federale di Paraíba (UFPB) hanno preparato una miscela contenente bassi livelli di naftalene, antracene e dibenzotiofene nelle acque superficiali, simulando l'ambiente naturale.
Hanno utilizzato la spettroscopia di fluorescenza con matrice di eccitazione-emissione (EEM) come metodo di analisi e calibrazione di ordine superiore abbinato all'analisi fattoriale parallela per l'elaborazione dei dati, per cui hanno separato i componenti spettrali della miscela al fine di identificare e quantificare ciascun inquinante, nonché come altri potenziali composti presenti nell'acqua naturale.
Questa metodologia ha consentito di completare ciascuna analisi in meno di due minuti, senza produzione di residui o senza la necessità di tecniche più costose e sofisticate, come la cromatografia.
La miscela è stata poi degradata utilizzando un sistema fotochimico in cui una lampada veniva attivata mediante radiazione a microonde. Il sistema ha degradato tra l'88% e il 100% degli inquinanti organici in un solo minuto. Queste elevate prestazioni erano associate alla fotolisi dell'acqua che generava efficacemente radicali idrossilici (specie ossidanti in grado di degradare gli inquinanti organici ad alta velocità).
Secondo Kelvin C. Araújo, primo autore dell'articolo e ricercatore presso il Centro per lo sviluppo di materiali funzionali (CDMF), un centro di ricerca, innovazione e diffusione (RIDC) ospitato da UFSCar, uno dei punti salienti dello studio è stato il scelta del metodo di monitoraggio degli IPA. La cromatografia, il metodo abituale, limita il progresso in questo tipo di ricerca in molte parti del mondo perché l'attrezzatura è costosa e la tecnica richiede una formazione più sofisticata, ha spiegato.
In questo studio, i ricercatori hanno utilizzato uno spettrofluorimetro, che è più conveniente per molti laboratori. L'analisi è fino a cinque volte più veloce rispetto alla cromatografia e dopo il processo non vengono prodotti residui. Inoltre, ha osservato Araújo, il gruppo ha rilevato la richiesta di metodi più accessibili, che ha studiato a lungo il trattamento dell'acqua utilizzando la cromatografia come principale tecnica analitica.
Un altro aspetto significativo dello studio è stato l'uso di un sistema fotochimico attivato a microonde per degradare gli IPA. Secondo Ailton Moreira, attualmente ricercatore presso l'UNESP Institute of Chemistry di Araraquara e coautore dell'articolo, degradare in modo efficiente e rapido gli inquinanti emergenti senza l'uso di catalizzatori rappresenta una sfida importante.
"La sfida è ancora più ardua quando si lavora con miscele di sostanze inquinanti nell'acqua naturale a causa dei numerosi potenziali inibitori del processo di degradazione, ma il sistema fotochimico ha funzionato in modo eccezionale", ha affermato Moreira, aggiungendo che lo stesso sistema si era già dimostrato efficace negli studi che coinvolgono la degradazione dei rifiuti agricoli e farmaceutici. Sulla base dei risultati descritti nell'articolo, il sistema fotochimico potrebbe essere utilizzato su scala molto più ampia, ad esempio negli impianti di trattamento delle acque reflue.
Gli autori confermano che sia il metodo analitico che il processo di degradazione saranno al centro di studi futuri in diversi progetti guidati dai membri del gruppo. I prossimi passi includeranno l'applicazione di queste tecnologie in un impianto di trattamento delle acque reflue a Gavião Peixoto, una città nello stato di San Paolo, per monitorare e degradare gli inquinanti emergenti.
Ulteriori informazioni: Kelvin C. Araújo et al, Processi rapidi ed efficienti per l'ossidazione e il monitoraggio degli idrocarburi policiclici aromatici nelle matrici ambientali, Comunicazioni sulla catalisi (2023). DOI:10.1016/j.catcom.2023.106834
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