Sintesi e caratterizzazione di nanoparticelle magnetiche protette e funzionalizzate per la rimozione di ioni metallici

The aim of this work was the preparation of nanoparticles, with a magnetic core and an external coating capable of conferring stability and resistance to degradation phenomena, able to reversibly adsorb metal ions in solution with the best possible yield. In a circular economy perspective, magnetic nanoparticles were covered by substances deriving from waste materials, which take also into account the cost-effectiveness of the process for potential use on a larger scale. The effectiveness of the final products has been evaluated on the basis of their maximum adsorption capacity. The magnetite core was synthesized by coprecipitation and was coated, depending on the type of material, simultaneously or in two steps. A new operating procedure has been defined to allow an effective synthesis in the most environmentally friendly conditions possible. The coating materials were silica, afterwards functionalized with chloroacetic acid; and two low-cost materials, BBS and chitosan, deriving respectively from the soluble organic fraction of urban waste and from chitin, the main component of the arthropod exoskeleton. Preliminary results about the adsorption of some metal ions have not been effective on silica, whereas the other two systems revealed good capacity towards Cu(II), Cd(II) and Ni(II). In the case of copper(II), chitosan proved to be the system with the best load capacity, but with less recovery capacity. The BBS, despite the initial release of iron ions in solution, it has shown a lower load capacity but a better recovery by washing with diluted acids.

L'obiettivo di questo lavoro è stato la preparazione di nanoparticelle costituite da un core magnetico ed un rivestimento esterno capace di conferire stabilità e resistenza a fenomeni di degradazione, per adsorbire reversibilmente e con la miglior resa possibile ioni metallici in soluzione. La ricopertura delle nanoparticelle magnetiche è stata effettuata impiegando anche prodotti originati da materiali di scarto, in ottica di economia circolare e di economicità del processo per un potenziale impiego su scala maggiore. La loro efficacia è stata valutata sulla base della capacità massima di adsorbimento. Il core di magnetite è stato sintetizzato mediante coprecipitazione ed è stato rivestito simultaneamente o in un secondo passaggio a seconda del tipo di materiale. È stata definita una nuova procedura operativa per permettere una sintesi efficace ma nelle condizioni più rispettose dell'ambiente. I materiali ricoprenti utilizzati sono stati la silice, successivamente funzionalizzata con acido cloroacetico; il BBS e il chitosano, materiali a basso costo, costituiti da strutture macromolecolari e ricavati rispettivamente dalla frazione organica solubile dei rifiuti urbani dopo compostaggio e dalla chitina, costituente principale dell'esoscheletro degli artropodi. I risultati di adsorbimento di alcuni ioni metallici hanno mostrato come la funzionalizzazione sulla silice non sia stata efficace a differenza degli altri due sistemi, i quali hanno rivelato buone capacità nei confronti di Cu(II), Ni(II) e Cd(II). Per il rame(II), lo ione che ha dato miglior interazione tra quelli studiati, il chitosano si è dimostrato il sistema con la maggior capacità di carico, ma con minor capacità di recupero. Il BBS invece, nonostante l'iniziale rilascio di ioni di ferro in soluzione, ha dimostrato una più bassa capacità di carico ma una migliore recuperabilità con l'uso di acidi diluiti.