ADSORBIMENTO E FOTODEGRADAZIONE DI GLIFOSATO SU UN COMPOSITO FUNZIONALIZZATO SBA-15-OSSIDO DI FERRO

In this thesis work the synthesis and the characterization of a mesoporous materials based on SBA-15 impregnated with iron oxide and functionalisated with (3-aminopropyl)triethoxysilane (APTES) is reported. Surface functionalisation of SBA-15 with FexOy and APTES has a double aim: the absorption of the glyphosate, a post- emergence, systemic, non selective herbicide, regulated by the International Agency for Research on Cancer (IARC) as probably carcinogenic to humans (group 2A), and its subsequent photocatalytic degradation promoted by the ferrous ion photo-activity. The glyphosate degradation, previously adsorbed onto the material with quantitative yields, is performed with a photo-Fenton process. The herbicide degradation is investigated using different wavelength ranges (UV-A and UV-B) and different values of pH (pH 3-7).Experiments are performed in an aqueous medium, the results obtained remark the double role of the material in the process: as adsorbent of both glyphosate and its photodegradation products , and as catalyst in the photodegradation process. Both higher photoactivity is observed for long irradiations (48h, 72h). Moreover ICP-MS measurements indicated that Fe released in solution is under the regulation limits. Morphology and microstructure of the mesocomposite is studied by X-ray diffraction (XRD), adsorption isotherm of N2, Field Emission Scanning Electron Microscope (FE-SEM). To investigated the interaction between the glyphosate and the mesoporous substrate and to establish the pKa of the material (pKa=7.8) potentiometric titration of the material is also performed. In order to correctly understand the interaction mechanism between composite material and the glyphosate adsorption / removal studies were performed on the synthesis intermediate materials (SBA-15- FeXOY/ SBA-15-NH2/SBA-15). The results demonstrate that the adsorption is the consequences of ionic exchange interaction. Finally in order to study the behavior of the material with a real sample, such as sewage treatment plant sample, consecutive cycle of adsorption/ desorption cycles were performed.

In questo lavoro di tesi si presenta la sintesi e la caratterizzazione di un materiale mesoporoso a base SBA-15 impregnato con ossidi di ferro e funzionalizzato con (3-amminopropil)trietossisilano (APTES). L'impregnazione e la successiva funzionalizzazione dell'SBA-15 sono state realizzate per una duplice funzionalità: il trattenimento del glifosato, diserbante sistemico di post- emergenza non selettivo, classificato dall' International Agency for Research on Cancer (IARC) appartenente alla classe 2A (probabile carcinogeno per l'uomo), ed una sua successiva degradazione fotocatalitica attraverso la presenza e l'attività del ferro . La degradazione del glifosato, precedentemente trattenuto sul materiale con resa quantitativa, avviene mediante un processo Foto-Fenton. La degradazione dell'erbicida è stata studiata in diversi intervalli di lunghezze d'onda (nell'UV-B e nell'UV-A ) e in diverse condizioni di pH (pH 3 e 7). Le prove di degradazione del glifosato in soluzione acquosa, hanno evidenziato un duplice ruolo del materiale nel processo di rimozione: sia come adsorbente del glifosato e dei suoi sottoprodotti formatisi conseguentemente all'esposizione a radiazione, sia come catalizzatore nel processo di degradazione, vista la maggiore attività fotocatalitica riscontrata in presenza di quest'ultimo, soprattutto a tempi lunghi di esposizione(48h,72h). Al fine di valutare il rilascio di Fe in soluzione in seguito a irraggiamento è stata effettuata una sua quantificazione tramite misure ICP-MS, mostrando quantitativi di Fe inferiori ai parametri di legge. Per la caratterizzazione del materiale sono state utilizzate tecniche quali ,isoterme di adsorbimento di N2,diffrazione a raggi X (XRD),microscopia elettronica ad emissione di campo (FE-SEM). Per investigare la natura dell'interazione tra il glifosato e il substrato mesoporoso è stata inoltre effettuata una titolazione potenziometrica per la valutazione della pKa del materiale (pKa= 7.8). La caratterizzazione, è stata integrata dalle prove di trattenimento/rilascio effettuate oltre che sul materiale finale, anche sui suoi intermedi della sintesi (SBA-15- FeXOY/ SBA-15-NH2/SBA-15). Tali prove, hanno consentito di ipotizzare che il trattenimento del substrato mesoporoso con il glifosato sia il risultato di interazioni di varia natura, ma che il contributo maggiore è dovuto ad interazioni ioniche. Al fine di studiare il comportamento del materiale in una realtà applicativa, quale quella di un sistema di depurazione di acque inquinate da glifosato, sono state effettuate prove di cicli di trattenimento e rilascio consecutivi.