Versare macchie di ruggine nell'acqua di solito la rende più sporca. Ma i ricercatori hanno sviluppato speciali nanoparticelle di ossido di ferro che chiamano “ruggine intelligente” che la rendono effettivamente più pulita. La ruggine intelligente può attirare molte sostanze, tra cui petrolio, nano e microplastiche, nonché l'erbicida glifosato, a seconda del rivestimento delle particelle. E poiché le nanoparticelle sono magnetiche, possono essere facilmente rimosse dall’acqua con un magnete insieme alle sostanze inquinanti. Ora, il team riferisce di aver modificato le particelle per intrappolare gli ormoni estrogeni potenzialmente dannosi per la vita acquatica.
I ricercatori presenteranno i loro risultati oggi alla riunione autunnale dell'American Chemical Society (ACS).
"La nostra 'ruggine intelligente' è economica, non tossica e riciclabile", afferma Marcus Halik, Ph.D., il ricercatore principale del progetto. "E ne abbiamo dimostrato l'uso per tutti i tipi di contaminanti, dimostrando il potenziale di questa tecnica per migliorare notevolmente il trattamento dell'acqua."
Per molti anni, il gruppo di ricerca di Halik ha studiato modi rispettosi dell'ambiente per rimuovere le sostanze inquinanti dall'acqua. I materiali di base utilizzati sono nanoparticelle di ossido di ferro in forma superparamagnetica, il che significa che sono attratte dai magneti, ma non tra loro, quindi le particelle non si aggregano.
Per renderli "intelligenti", il team ha sviluppato una tecnica per attaccare le molecole di acido fosfonico alle sfere di dimensioni nanometriche. "Dopo aver aggiunto uno strato di molecole ai nuclei di ossido di ferro, sembrano peli che sporgono dalle superfici di queste particelle", afferma Halik, che lavora alla Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Quindi, modificando ciò che è legato all'altro lato degli acidi fosfonici, i ricercatori possono ottimizzare le proprietà delle superfici delle nanoparticelle per assorbire fortemente diversi tipi di inquinanti.
Le prime versioni della ruggine intelligente intrappolavano il petrolio greggio proveniente dall'acqua raccolta dal Mar Mediterraneo e il glifosato dall'acqua dello stagno raccolto vicino all'università dei ricercatori. Inoltre, il team ha dimostrato che la ruggine intelligente potrebbe rimuovere le nano e microplastiche aggiunte ai campioni di laboratorio e di acqua di fiume.
Finora, il team ha preso di mira gli inquinanti presenti per lo più in grandi quantità. Lukas Müller, uno studente laureato che presenterà un nuovo lavoro all'incontro, voleva sapere se poteva modificare le nanoparticelle di ruggine per attirare tracce di contaminanti, come gli ormoni. Quando alcuni degli ormoni del corpo umano vengono escreti, vengono scaricati nelle acque reflue e infine entrano nei corsi d'acqua. Gli estrogeni naturali e sintetici sono uno di questi gruppi di ormoni e le principali fonti di questi contaminanti includono i rifiuti umani e il bestiame. La quantità di estrogeni nell'ambiente è molto bassa, dice Müller, quindi sono difficili da eliminare. Tuttavia, è stato dimostrato che anche questi livelli influenzano il metabolismo e la riproduzione di alcune piante e animali, sebbene gli effetti di bassi livelli di questi composti sugli esseri umani per lunghi periodi non siano completamente noti.
"Ho iniziato con l'estrogeno più comune, l'estradiolo, e poi altri quattro derivati che condividono strutture molecolari simili", afferma Müller. Le molecole di estrogeno hanno un corpo steroideo voluminoso e parti con leggere cariche negative. Per sfruttare entrambe le caratteristiche, ha rivestito le nanoparticelle di ossido di ferro con due serie di composti:uno lungo e un altro carico positivamente. Le due molecole si sono organizzate sulla superficie delle nanoparticelle e i ricercatori ipotizzano che insieme costruiscano molti miliardi di "tasche" che attirano l'estradiolo e lo intrappolano sul posto.
Poiché queste tasche sono invisibili a occhio nudo, Müller ha utilizzato strumenti ad alta tecnologia per verificare l'esistenza di queste tasche che intrappolano gli estrogeni. I risultati preliminari mostrano un’estrazione efficiente degli ormoni dai campioni di laboratorio, ma i ricercatori devono esaminare ulteriori esperimenti di spettroscopia di risonanza magnetica nucleare allo stato solido e diffusione di neutroni a piccolo angolo per verificare l’ipotesi della tasca. "Stiamo cercando di utilizzare diversi pezzi del puzzle per capire come le molecole effettivamente si assemblano sulla superficie delle nanoparticelle", spiega Müller.
In futuro, il team testerà queste particelle su campioni di acqua del mondo reale e determinerà il numero di volte in cui potranno essere riutilizzate. Poiché ogni nanoparticella ha un'elevata area superficiale con molte tasche, i ricercatori affermano che dovrebbero essere in grado di rimuovere gli estrogeni da più campioni di acqua, riducendo così il costo per pulizia. "Riciclando ripetutamente queste particelle, l'impatto materiale di questo metodo di trattamento dell'acqua potrebbe diventare molto ridotto", conclude Halik.
Ulteriori informazioni: Ruggine intelligente per depurare l’acqua dagli ormoni, ACS Autunno 2023
Fornito dall'American Chemical Society
