Ruolo dei composti di coordinazione del ferro nello sviluppo di processi di trattamento fotochimico delle acque

The quality of water resources is increasingly threatened by anthropogenic pollution, particularly by the presence of Contaminants of Emerging Concern (CECs), a heterogeneous class of organic and inorganic compounds including pharmaceutical residues, personal care products, pesticides, microplastics, and industrial by-products. These contaminants, despite not being uniformly regulated, exhibit high environmental persistence and bioaccumulation potential, raising concerns regarding their ecotoxicological and human health effects. This study investigates the application of the Fenton process for the degradation of recalcitrant organic molecules, with a specific focus on caffeine as a model compound. Particular attention is given to the role of iron and catechol in modulating oxidative reactions, optimizing the process under neutral pH and high salinity conditions, analogous to marine environments. The experimental investigation was conducted through iron speciation studies, UV-Vis spectroscopy, and potentiometry, aimed at characterizing Fe(III)-catechol complexes and their influence on redox dynamics. The findings indicate that catechol acts as a stabilizing ligand, enhancing iron solubility and reactivity, promoting the formation of oxidative radicals, and improving the overall efficiency of the Fenton process. Moreover, a comparative analysis between Dark-Fenton and Photo-Fenton conditions demonstrated a significant enhancement in caffeine degradation kinetics under light irradiation. This research contributes to the understanding of iron-organic complexation mechanisms in advanced oxidation processes, suggesting potential applications for CEC removal from aqueous matrices, including high-salinity waters. The integration of the Fenton process with advanced treatment technologies may represent an effective strategy for the remediation of contaminated water resources, with significant implications for the sustainable management of aquatic ecosystems.

La qualità delle risorse idriche è minacciata dall’inquinamento antropogenico, in particolare dalla presenza di Contaminanti Emergenti (CECs), una classe eterogenea di composti organici e inorganici quali residui farmaceutici, prodotti per la cura personale, pesticidi, microplastiche e sottoprodotti industriali. Questi contaminanti, sebbene non ancora regolamentati in modo uniforme, presentano elevata persistenza ambientale e potenziale bioaccumulativo, sollevando interrogativi circa i loro effetti ecotossicologici e sanitari. Il presente studio si propone di indagare l’applicazione del processo Fenton nella degradazione di molecole organiche recalcitranti, con particolare riferimento alla caffeina, scelta come composto modello. L’attenzione è focalizzata sul ruolo del ferro e del catecolo nella modulazione delle reazioni ossidative, valutando le condizioni ottimali per il processo in ambienti a pH neutro e con elevata salinità, analoghi a quelli marini. L’indagine sperimentale è stata condotta mediante studi di speciazione del ferro, spettroscopia UV-Vis e potenziometria, finalizzati alla caratterizzazione dei complessi Fe(III)-catecolo e alla loro influenza sulle dinamiche redox. I risultati evidenziano che il catecolo agisce da ligando stabilizzante, aumentando la solubilità e la reattività del ferro, favorendo la formazione di radicali ossidanti e migliorando l’efficienza del processo Fenton. Inoltre, il confronto tra le condizioni Dark-Fenton e Photo-Fenton ha dimostrato un incremento significativo nella cinetica di degradazione della caffeina in presenza di illuminazione. Questa ricerca fornisce un contributo alla comprensione dei meccanismi di complessazione ferro-organici nei processi ossidativi avanzati, suggerendo potenziali applicazioni nella rimozione di CECs da matrici acquose, comprese le acque ad alta salinità. L’integrazione del processo Fenton con tecnologie di trattamento avanzate potrebbe costituire una strategia efficace per la depurazione di risorse idriche contaminate, con implicazioni rilevanti per la gestione sostenibile degli ecosistemi acquatici.