Degradazione di inquinanti in soluzione acquosa mediante metodi fotochimici ed enzimatici.

The thesis focuses on the problem of water contamination by organic compounds resistant to degradation by microorganisms and in water purification plants. These substances have different origins, from the industrial to the pharmaceutical, and are hazardeous for ecosystems and humans. Traditional methods of wastewater treatment don't completely destroy the resistant pollutant and allow the formation of secondary pollutants, which can be even more dangerous for man and environment. It's necessary to find new solutions to solve the problem of environmental pollution, coming to an effective reduction of these substances. We have studied the application of enzymatic methods and photochemical degradation of carbamazepine, the antidepressant drug very resistant to common treatments of water purification, and three azo-dyes commonly used in the textile industry: Orange I, Orange II, Methylorange. For the enzymatic degradation we used peroxidase from soybean, extracted from soybeans' skin and purified according to scientific articles. The photochemical treatments have been performed by irradiating with a UV lamp a suspension of titanium dioxide. The two systems have also been used in combination to improve efficiency. Also, to increase stability of the enzyme and reduce costs, the peroxidase was also immobilized on porous silica monoliths. The processes of degradation have been observed initially by UV-Visible spectrophotometry and subsequently analyzed by HPLC-MS. The results obtained were positive, in particular for the combined systems, peroxidase-TiO2, in which led to a more rapid and complete degradation of the substances, even if the irradiation decreases progressively the potential catalytic of the enzyme. In conclusion, therefore, these systems are promising as more effective than the traditional methods in the treatment of recalcitrant pollutants, but their use on a large scale requires further study to improve efficiency and stability and to reduce production and use costs.

La tesi si focalizza sul problema della contaminazione delle acque a opera di composti organici resistenti alla degradazione da parte dei microrganismi e degli impianti di depurazione delle acque. Queste sostanze hanno origini diverse, dall'ambito industriale a quello farmaceutico, e sono pericolose per gli ecosistemi e per l'uomo. I metodi tradizionali di trattamento delle acque reflue presentano infatti alcuni inconvenienti, tra cui quello di non distruggere completamente gli inquinanti più resistenti o di permettere la formazione di inquinanti secondari, che possono essere anche più pericolosi sia per l'uomo che per l'ambiente. E' necessario quindi ricercare nuove soluzioni per risolvere il problema dell'inquinamento ambientale, arrivando ad un abbattimento efficace di queste sostanze. In questa tesi quindi, è stata studiata l'applicazione di metodi enzimatici e fotochimici alla degradazione della carbamazepina, farmaco antidepressivo molto resistente ai comuni trattamenti di purificazione delle acque, e di tre azo-coloranti comunemente utilizzati nell'industria tessile: Orange I, Orange II, Methylorange. Per la degradazione enzimatica è stata utilizzata la perossidasi da soia, estratta dalle bucce dei semi di soia e purificata secondo un protocollo messo a punto sulla base dei dati di letteratura. I trattamenti fotochimici sono stati effettuati irraggiando con una lampada UV una sospensione di biossido di titanio. I due sistemi sono stati utilizzati da soli o in combinazione per migliorarne l'efficienza. Inoltre, per incrementare la stabilità dell'enzima e abbattere i costi, la perossidasi è stata anche immobilizzata su monoliti porosi di silice. I processi di degradazione sono stati osservati inizialmente mediante spettrofotometria UV-Visibile e successivamente analizzati mediante HPLC-MS. I risultati ottenuti sono stati positivi, in particolare per ciò che riguarda i sistemi combinati, perossidasi-TiO2, in cui l'azione sinergica delle due componenti ha portato ad una degradazione più rapida e completa delle sostanze studiate, anche se l'irraggiamento diminuisce progressivamente il potenziale catalitico dell'enzima. In conclusione, quindi, questi sistemi sono promettenti poichè più efficaci dei metodi tradizionali nel trattamento di inquinanti recalcitranti, ma il loro utilizzo su larga scala richiede ulteriori studi sia per migliorarne l'efficienza e la stabilità, sia per ridurne ulteriormente i costi di produzione e di impiego.