Water represents the most valuable natural resource for survival, as it constitutes a fundamental element for the sustenance of humans, animals, and plants. However, the relentless demand for high-quality freshwater, driven by domestic and industrial needs, coupled with a lack of environmental preservation considerations, poses an ongoing threat to this invaluable resource, ecosystems, and human health. With these considerations in mind, this thesis work was conducted with the aim of studying, formulating, and synthesizing two bio-based, biodegradable polymeric compounds, obtained through sustainable processes, capable of removing some of the emerging pollutants present in water. The first compound is synthesized from a commercial maltodextrin (Glucidex 2®), cross-linked with citric acid, and supplemented with lignin at various concentrations, with the intention of enhancing the removal capacity of the material The second compound, on the other hand, was obtained from a beta-cyclodextrin using a natural deep eutectic solvent (NaDES) composed of citric acid and choline chloride. Since both maltodextrin and beta-cyclodextrin are soluble in water, as well as the obtained polymers, a thermal treatment is performed to obtain an insoluble cross-linked structure. Both nanosponges, resulting from these processes, are evaluated in granular form, as obtained directly from the synthesis, and as fiber mats produced through electrospinning. Additionally, pyrolysis is employed to transform them into carbonaceous adsorbent materials. The resulting compounds were characterized using various analytical techniques, such as SEM, TGA, FTIR-ATR, Z potential, solubility tests, surface area analysis and porosity analysis. Subsequently, these compounds are screened for their efficacy in removing specific emerging pollutants from water, with a focus on the treatment of diclofenac, a common non-steroidal anti-inflammatory drug, and methylene blue, a common dye in the textile industry. These pollutants are frequently detected in wastewater discharges, effluents, and surface waters. The removal processes are carried out in batch mode, and, in the final part of the study, the possibility of using electrospun fiber mats as membranes for column flow retention was investigated. Moreover, the reusability of the nanosponges for multiple pollutant removal cycles and their recyclability are evaluated as part of this research.
L'acqua rappresenta la risorsa naturale di maggior valore per la sopravvivenza, in quanto costituisce un elemento fondamentale per il sostentamento di uomini, animali e piante. Tuttavia, la richiesta sempre crescente di acqua dolce di alta qualità per le attività domestiche ed industriali, in aggiunta alla mancanza di considerazioni per la salvaguardia dell'ambiente, rappresenta una minaccia costante per questa risorsa, per gli ecosistemi e per la salute umana. Alla luce di queste considerazioni, il presente lavoro di tesi è stato svolto con l’obbiettivo di studiare, formulare e sintetizzare due composti polimerici bio-based, biodegradabili e ottenuti attraverso processi sostenibili, in grado di abbattere alcuni degli inquinanti emergenti presenti nelle acque. Il primo composto è sintetizzato a partire da una maltodestrina commerciale (Glucidex 2®) reticolata con l’acido citrico e addizionata di lignina in diverse concentrazioni, con l’intento di aumentare la capacità di abbattimento del materiale. Il secondo composto invece è stato ottenuto a partire da una beta-ciclodestrina utilizzando un natural deep eutectic solvent (NaDES) composto da acido citrico e cloruro di colina. Dal momento che sia la maltodestrina che la beta-ciclodestrina sono composti solubili in acqua, così come i loro polimeri derivati, si esegue un trattamento termico per ottenere una struttura insolubile reticolata. Le due nanospugne ottenute sono state utilizzate e testate sia sottoforma di composto granulare, così come si ottiene direttamente dalla sintesi, sia sottoforma di mat di fibre ottenute attraverso un processo di elettrospinning. Gli stessi campioni sono stati sottoposti a pirolisi, allo scopo di ottenere materiali adsorbenti carboniosi. I composti così ottenuti sono stati caratterizzati con diverse tecniche di analisi, quali SEM, TGA, FTIR-ATR, Z potential, prove di solubilità, analisi dell’area superficiale e porosità. In seguito, sono stati testati nel processo di abbattimento di alcuni tra gli inquinanti emergenti presenti nelle acque, con particolare attenzione al trattamento del diclofenac, un comune farmaco antinfiammatorio non steroideo. e il blu di metilene, uno dei coloranti più utilizzati nell’industria tessile. Entrambi gli inquinanti vengono spesso rilevati negli scarichi, negli effluenti e nelle acque di superficie. I processi di abbattimento sono stati condotti in “batch”, mentre nell’ultima parte del lavoro è stata studiata la possibilità di utilizzare i mat di fibre elettrospinnate come membrane per la ritenzione in flusso in colonna. In aggiunta, è stata valutata la possibilità di riutilizzo delle nanospugne per più cicli di abbattimento.
Polimeri destrinici biobased e loro derivati per la rimozione di inquinanti emergenti nelle acque
PRECISVALLE, VIRGINIA
2022/2023
Abstract
L'acqua rappresenta la risorsa naturale di maggior valore per la sopravvivenza, in quanto costituisce un elemento fondamentale per il sostentamento di uomini, animali e piante. Tuttavia, la richiesta sempre crescente di acqua dolce di alta qualità per le attività domestiche ed industriali, in aggiunta alla mancanza di considerazioni per la salvaguardia dell'ambiente, rappresenta una minaccia costante per questa risorsa, per gli ecosistemi e per la salute umana. Alla luce di queste considerazioni, il presente lavoro di tesi è stato svolto con l’obbiettivo di studiare, formulare e sintetizzare due composti polimerici bio-based, biodegradabili e ottenuti attraverso processi sostenibili, in grado di abbattere alcuni degli inquinanti emergenti presenti nelle acque. Il primo composto è sintetizzato a partire da una maltodestrina commerciale (Glucidex 2®) reticolata con l’acido citrico e addizionata di lignina in diverse concentrazioni, con l’intento di aumentare la capacità di abbattimento del materiale. Il secondo composto invece è stato ottenuto a partire da una beta-ciclodestrina utilizzando un natural deep eutectic solvent (NaDES) composto da acido citrico e cloruro di colina. Dal momento che sia la maltodestrina che la beta-ciclodestrina sono composti solubili in acqua, così come i loro polimeri derivati, si esegue un trattamento termico per ottenere una struttura insolubile reticolata. Le due nanospugne ottenute sono state utilizzate e testate sia sottoforma di composto granulare, così come si ottiene direttamente dalla sintesi, sia sottoforma di mat di fibre ottenute attraverso un processo di elettrospinning. Gli stessi campioni sono stati sottoposti a pirolisi, allo scopo di ottenere materiali adsorbenti carboniosi. I composti così ottenuti sono stati caratterizzati con diverse tecniche di analisi, quali SEM, TGA, FTIR-ATR, Z potential, prove di solubilità, analisi dell’area superficiale e porosità. In seguito, sono stati testati nel processo di abbattimento di alcuni tra gli inquinanti emergenti presenti nelle acque, con particolare attenzione al trattamento del diclofenac, un comune farmaco antinfiammatorio non steroideo. e il blu di metilene, uno dei coloranti più utilizzati nell’industria tessile. Entrambi gli inquinanti vengono spesso rilevati negli scarichi, negli effluenti e nelle acque di superficie. I processi di abbattimento sono stati condotti in “batch”, mentre nell’ultima parte del lavoro è stata studiata la possibilità di utilizzare i mat di fibre elettrospinnate come membrane per la ritenzione in flusso in colonna. In aggiunta, è stata valutata la possibilità di riutilizzo delle nanospugne per più cicli di abbattimento.I documenti in UNITESI sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
https://hdl.handle.net/20.500.14240/144764