Sviluppo e testing di materiali fotoattivi per la rimozione di sostanze inquinanti in sistemi acquatici

Water pollution caused by contaminants is an increasingly relevant environmental issue. In this context, this thesis aims to develop and apply suitably doped hybrid photocatalysts for the degradation of pollutants in aquatic systems. Inorganic ZnO-based semiconductors doped with Ce and Cu₂O, as well as carbon nitride (C₃N₄)-based photocatalysts doped with P and In or Sb, were studied. The effectiveness of these materials was evaluated in aqueous solution using carbamazepine, known for its resistance to conventional treatment processes, and mercury, a well-known toxic element, as probe molecules. The materials were thoroughly characterized using X-ray diffraction (XRD), FESEM, diffuse reflectance spectroscopy, and BET analysis to determine their surface area. The C₃N₄-based materials exhibited good H₂O₂ production, which was exploited to achieve a Fenton-like process, leading to an increase in carbamazepine degradation efficiency. Carbamazepine degradation was monitored using high-performance liquid chromatography (HPLC) with a UV detector, while transformation products were identified via HPLC-MS. Mercury removal was analyzed using cyclic voltammetry and cold vapor fluorescence spectroscopy. The results obtained demonstrate the potential of these materials as innovative systems for the removal of persistent contaminants from polluted waters, contributing to the development of new water treatment strategies.

L’inquinamento delle acque da contaminanti rappresenta una problematica ambientale di crescente rilevanza. In questo contesto, la presente tesi si propone di sviluppare e applicare fotocatalizzatori ibridi opportunamente dopati, per l’abbattimento di sostanze inquinanti in sistemi acquatici. Sono stati studiati semiconduttori inorganici a base di ZnO, drogati con Ce e Cu₂O, e fotocatalizzatori a base di nitruro di carbonio (C₃N₄) dopati con P e In o Sb. L’efficacia di tali materiali è stata valutata in soluzione acquosa utilizzando come molecole sonda la carbamazepina, nota per essere recalcitrante ai tradizionali processi di trattamento, ed il mercurio, elemento noto per la sua tossicità. I suddetti materiali sono stati opportunamente caratterizzati mediante diffrazione a raggi X (XRD), FESEM, spettroscopia di riflettanza diffusa e analisi BET per la determinazione dell’area superficiale. I materiali a base di C₃N₄, hanno mostrato una buona produzione di H2O2, che è stata sfruttata per ottenere un processo Fenton-like, che ha portato ad un aumento nell’efficienza della degradazione della carbamazepina. Il monitoraggio della degradazione della carbamazepina è stato effettuato tramite cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC) con rivelatore UV, mentre l’identificazione dei prodotti di trasformazione è stata condotta mediante HPLC-MS. La rimozione del mercurio è stata analizzata utilizzando voltammetria ciclica e spettroscopia di fluorescenza a vapori freddi. I risultati ottenuti dimostrano il potenziale di questi materiali come sistemi innovativi per la rimozione di contaminanti persistenti da acque inquinate, contribuendo allo sviluppo di nuove strategie per il trattamento delle acque.