La domanda per la produzione di carta e cartone è in continua crescita in tutto il mondo, in particolare nel settore degli imballaggi. A causa della natura della carta, di solito richiede un rivestimento superficiale per impedire l'ingresso di acqua, olio e altre sostanze indesiderate. Questi rivestimenti possono comportare elevati costi finanziari e ambientali. L'utilizzo di materiali di rivestimento rinnovabili che siano anche convenienti può supportare le strategie di sostenibilità.
Una nuova e promettente tecnica che utilizza sostanze polimeriche extracellulari (EPS) recuperate da fanghi granulari anaerobici può offrire un approccio sostenibile ed economicamente vantaggioso per trasformare le acque reflue in prodotti di valore industriale e contribuire a ridurre le emissioni di carbonio.
In uno studio pubblicato su Environmental Science and Ecotechnology , i ricercatori hanno rivestito la carta utilizzando l'EPS estratto da vari granuli anaerobici presenti nelle acque reflue. Questo approccio ha migliorato l’impermeabilità (65%), nonché la resistenza a olio e grasso, mentre la microstruttura multistrato della carta patinata ha mostrato una superficie complessivamente più liscia e meno porosa. Le proteine extracellulari, abbondanti nei fogli β e nelle bobine casuali, svolgono un ruolo strutturale fondamentale nel rivestimento della carta.
Il trattamento biologico basato sui fanghi attivi è stato l’approccio più utilizzato per rimuovere i principali inquinanti dalle acque reflue. Tuttavia, lo smaltimento dei fanghi in eccesso rappresenta fino al 50% dei costi di trattamento delle acque reflue e rappresenta una sfida significativa nel trattamento delle acque reflue.
Gli impianti di trattamento delle acque reflue si stanno orientando verso il recupero di materie prime, trasformandole in potenziali fonti rinnovabili. I fanghi di supero, ricchi di EPS, stanno diventando sempre più attraenti e contribuiscono ad implementare il paradigma della “bioraffineria” proveniente dagli impianti di trattamento delle acque reflue. I biomateriali a base di EPS sono potenziali alternative ai polimeri sintetici in varie applicazioni, come l'agricoltura, l'industria medica e l'edilizia, poiché contengono polisaccaridi, proteine e sostanze di acido umico.
In questo studio, i granuli anaerobici sono stati raccolti da un impianto di trattamento delle acque reflue di un birrificio e da un impianto di trattamento delle acque reflue dell'industria della carta. Indipendentemente dalle diverse fonti di fango, l’EPS di entrambi i tipi era composto principalmente da proteine. Gli spettri EEM hanno confermato che il triptofano o componenti simili alle proteine erano le sostanze dominanti, insieme a componenti simili agli umici.
L'aggiunta di EPS ha comportato un miglioramento del comportamento idrorepellente/grasso. I migliori risultati sono stati ottenuti con i campioni di EPS provenienti dai fanghi dell'industria cartaria, caratterizzati da una maggiore frazione di proteine e contenuti idrofobici rispetto agli altri campioni di EPS. Inoltre, le proteine extracellulari ricche di foglietti β e di avvolgimento casuale faciliterebbero un ruolo strutturale per il rivestimento della carta.
Questa ricerca stabilisce per la prima volta che l’EPS derivato da granuli anaerobici presenta interessanti proprietà di barriera all’acqua quando utilizzato come additivo per il rivestimento della carta. Ancora più importante, dal punto di vista dell'industria della carta, questi EPS migliorano la resistenza alla penetrazione e all'assorbimento del grasso. Questi biomateriali recuperati dai fanghi granulari di scarto forniscono una risorsa sostenibile per applicazioni industriali e promettono di realizzare un'economia sostenibile e circolare.
Ulteriori informazioni: Cuijie Feng et al, Sostanze polimeriche extracellulari come biomateriali di rivestimento della carta derivati da fanghi granulari anaerobici, Scienze ambientali ed ecotecnologia (2024). DOI:10.1016/j.ese.2024.100397
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