Quando metalli pesanti velenosi come piombo e cadmio fuoriescono dalle fabbriche o dalle miniere, possono inquinare il terreno vicino. Senza modi semplici per rimuovere questi contaminanti, i campi devono essere transennali per evitare che queste tossine entrino nella catena alimentare dove minacciano la salute umana e animale.

Secondo l'Agenzia per la protezione dell'ambiente, metalli pesanti sono stati trovati in migliaia di località a livello nazionale. Mentre alcuni sono stati ripuliti attraverso una combinazione di federali, sforzi statali e privati, resta la necessità di nuove tecnologie per affrontare la contaminazione da metalli pesanti.

Ora un gruppo di ricerca guidato dallo scienziato dei materiali di Stanford Yi Cui ha inventato un modo per lavare i metalli pesanti da terreni contaminati usando un processo chimico che è un po' come preparare il caffè.

Come descrivono il 4 giugno in Comunicazioni sulla natura , i ricercatori hanno iniziato sciacquando il terreno contaminato con una miscela di acqua e una sostanza chimica che attrae i metalli pesanti. Quando quella miscela percola attraverso il terreno, la sostanza chimica estrae i metalli pesanti. I membri del team hanno quindi raccolto questa miscela tossica e l'hanno fatta passare attraverso un filtro elettrochimico che ha catturato i metalli pesanti dall'acqua. In questo modo hanno ripulito il terreno dai metalli pesanti e riciclato l'acqua e la miscela chimica per filtrare attraverso il terreno più contaminato.

"Questo è un nuovo approccio alla pulizia del suolo, " disse Cui, che è un professore di scienza dei materiali e ingegneria e scienza dei fotoni. "Il nostro prossimo passo è un test pilota per assicurarci che ciò che funziona in laboratorio sia pratico sul campo, e per capire quanto costerà questo processo."

Finora, la sua squadra ha ripulito i terreni contaminati da piombo e cadmio, due tossine prevalenti e pericolose, così come con il rame, che è pericoloso solo in alte concentrazioni. Cui crede che questo processo di pulizia chimica e filtraggio elettrochimico funzionerà con altri metalli pesanti pericolosi come il mercurio e il cromo, ma sono necessari ulteriori esperimenti di laboratorio per dimostrarlo.

Niente più piante sacrificali

Cui ha detto che il progetto è iniziato due anni fa, quando lui e lo studente laureato Jinwei Xu hanno discusso su come risolvere il problema di base:i metalli pesanti si legano al suolo e diventano virtualmente inestricabili. Oggi, Cui ha detto, la pulizia può comportare lo scavo di terreni contaminati e il loro sequestro da qualche parte. I ricercatori agricoli hanno anche sviluppato tecniche di fitodepurazione:coltivare piante sacrificali in terreni contaminati per assorbire metalli pesanti, quindi raccogliendo queste colture e portandole in un impianto di estrazione e smaltimento. Ma la fitodepurazione può richiedere molti anni di raccolti ripetuti.

Cerco un veloce, modo economico per estrarre metalli pesanti da campi contaminati, i ricercatori hanno provato a lavare campioni di terreno tossico con acqua semplice. Ben presto si resero conto che la semplice acqua non poteva rompere il legame chimico tra i metalli pesanti e il suolo. Avevano bisogno di un additivo per liberare i contaminanti. Hanno trovato la risposta in una sostanza chimica comune conosciuta con le sue iniziali:EDTA.

Ripensandoci, L'EDTA era la scelta più ovvia perché questa stessa sostanza chimica è usata per trattare i pazienti avvelenati con piombo o mercurio. L'EDTA con carica negativa si lega così fortemente alle particelle di metalli pesanti caricate positivamente da estrarre il piombo o il mercurio dai tessuti del paziente. I ricercatori hanno ragionato che, quando sciolto in acqua, Gli uncini negativi dell'EDTA strapperebbero i metalli pesanti dal suolo. Gli esperimenti lo hanno confermato. Quando l'acqua trattata con EDTA percolava attraverso il suolo contaminato, portava via i metalli pesanti.

Ma il lavoro della squadra era solo a metà. Il terreno era pulito, ma l'acqua trattata era ancora tossica. Avevano bisogno di un modo per separare l'EDTA dai metalli pesanti nell'acqua di risciacquo e catturare quelle tossine una volta per tutte.

Isolare i metalli pesanti

Gli scienziati sapevano che l'EDTA è rimasto fortemente negativo anche dopo aver catturato una particella metallica carica positivamente. Così, i ricercatori hanno costruito un setaccio con le proprietà elettriche e chimiche per separare l'EDTA caricato negativamente e i metalli pesanti caricati positivamente. Il risultato è stato l'isolamento di metalli pesanti e una miscela di acqua ed EDTA pronta a purificare più terreno.

Oltre al piombo e al cadmio, i ricercatori hanno testato il processo su rame, che è pericoloso solo in alte concentrazioni. Il prossimo Cui vorrebbe condurre l'esperimento su altri metalli pesanti come il mercurio, che sono così tossici che richiedono un trattamento speciale per proteggere i ricercatori. Ma pensa che la chimica sia così solida che è sicuro del successo in laboratorio. La domanda più grande è se il processo può essere ampliato per trattare tonnellate di terreno contaminato. I ricercatori hanno cercato di brevettare il processo attraverso lo Stanford Office of Technology Licensing e vorrebbero trovare un'opportunità per eseguire un progetto pilota in un campo contaminato.

"Non abbiamo davvero una buona tecnologia di bonifica per i metalli pesanti, " Ha detto Cui. "Se questo si dimostra pratico su larga scala, sarà un progresso significativo".