LB8F_011_Realizzazione di schiume ceramiche per reflui acquosi

Progetto proposto da Marta Sonzogni, Cristian Prometti, Giada Viganò

Il nostro progetto propone lo sviluppo di una soluzione innovativa riguardante il tema dell’ inquinamento ambientale, nello specifico la decontaminazione dei reflui acquosi dai microinquinanti. In particolare, destano peculiare attenzione i composti farmaceutici e prodotti per la cura del corpo. Quelli rilevati con maggior concentrazione nelle acque sono gli antinfiammatori non steroidei (ibuprofene), ansiolitici, contraccettivi e antibiotici. Abbiamo deciso di trattare questo tema in quanto i microinquinanti anche se attualmente presenti in piccolissime quantità nelle acque (μg/l) sono in continuo aumento per via del largo consumo delle sostanze elencate precedentemente ed esistono già studi che attestano gli effetti tossicologici che hanno su alcuni organismi viventi e sull’ ambiente. La Normativa Europea verrà necessariamente aggiornata in tempi non troppo lunghi, ponendo limiti alle concentrazioni dei contaminanti emergenti nelle acque. I trattamenti di rimozione di tali sostanze dalle acque finora sviluppati non sono o efficaci o efficienti. In particolare, le problematiche legate all’impiego di lampade UV e processi di filtrazione limitano fortemente la diffusione della fotocatalisi, che è attualmente il metodo più idoneo allo scopo. La novità del nostro progetto consiste nell’ impiegare come fotocatalizzatore per la fotocatalisi eterogenea la ferrite di lantanio (LaFeO3), sintetizzata presso i laboratori dell’università di Bergamo, perché attivata da radiazione visibile. Tale sostanza è stata immobilizzata su un supporto costituito da schiuma ceramica da noi realizzata (presso il Politecnico di Torino) con la tecnica di replica foam process: partendo da una schiuma poliuretanica e da una barbottina di mullite sono stati ottenuti tramite trattamento termico supporti delle dimensioni di 13x10x1,5cm3. Per testare il prodotto realizzato è stato effettuato un ciclo di prove di degradazione sulla molecola di Ibuprofene (effettuate nei laboratori di Bergamo). Con supporti aventi le dimensioni sopra descritte è stato possibile trattare 600 ml di soluzione acquosa composta da acqua distillata, perossido di ossigeno e ibuprofene, in una concentrazione di 5×10-5 M. Dalle prove effettuate nel reattore fotochimico progettato e realizzato da noi, è emerso che dopo 9 ore di irraggiamento del sistema si
ottiene una diminuzione del 46% dell’ibuprofene presente in soluzione, ricoprendo di polvere fotocatalitica solo il 25% della superficie del supporto. Dopo i test effettuati il sistema realizzato è risultato:

efficace (soddisfacente livello di degradazione);

efficiente (minimizzazione dei costi dei materiali impiegati e annullamento dei rischi di esposizione alle radiazioni ultraviolette grazie alla possibilità di sfruttare la luce visibile);

stabile (livelli di degradazione invariati anche dopo 50 ore di irraggiamento).

Scalabile da provetta (ambiente ideale) a dimensioni 200 volte maggiori ( ambiente reale);

Economico: realizzazione di un supporto con materiale facilmente reperibile, poco costoso e in grado di trattenere la polvere di ferrite evitando problematiche connesse ai processi di filtraggio attualmente necessari negli impianti di depurazione esistenti;

Lo sviluppo futuro del nostro lavoro prevede:
– l’aumento dei volumi di soluzione trattata (proporzionale alle dimensioni del supporto);
– l’impiego di altri microinquinanti emergenti;
– la realizzazione di schiume ceramiche con tecniche diverse e aumentandone le dimensioni ;
– la sperimentazione dell’efficacia del sistema su tempi più lunghi.

 

Our project offers the development of an innovative solution concerning the topic of environmental pollution, in particular the decontamination of aqueous wastewater from micro pollutants. What gives particular attention are pharmaceutical compounds and body care products. Non-steroidal anti-inflammatories (ibuprofen), anxiolytics, contraceptives and antibiotics are those found with the highest concentration in water. We decided to deal with this issue because micro-pollutants, even if present in very small quantities in the water (μg / l) are continuously increasing due because of the large consumption of the substances listed above and there are already studies that attest the toxicological effects they have on some living organisms and the environment. The European legislation will necessarily be updated in not too long times, setting limits to the concentrations of emerging contaminants in the water. The treatments, developed so far, for removing these substances from the waters are not effective or efficient. In particular, the problems related to the use of UV lamps and filtration processes strongly limit the diffusion of photocatalysis, which is currently the most suitable method for this purpose. The novelty of our project consists in using, as a photocatalyst for heterogeneous photocatalysis, the lanthanum ferrite (LaFeO3)because it is activated by visible radiation and it is synthesized at the laboratories of the Bergamo University. This substance has been immobilized on a support made of ceramic foam made by us (at the Politecnico di Torino) using the replication foam process: starting from a polyurethane foam and a mullite slip it was obtained, by means of heat treatment. supports of 13x10x1.5cm3. A series of degradation tests were carried out on the Ibuprofen molecule to test the product, (carried out in the Bergamo laboratories). Using supports having the dimensions described above it was possible to treat 600 ml of aqueous solution composed by distilled water, peroxide of oxygen (H_2 O_2) and ibuprofen, in a concentration of 5×10-5 M. From the tests carried out in the photochemical reactor designed and built by us, it was found that, after 9 hours of irradiation of the system,it is achieved a reduction of 46% of the ibuprofen present in solution, covering only 25% of the surface of the support with photocatalytic powder. After the tests carried out, the system realized has proven itself:

Effective (satisfactory level of degradation);

Efficient (minimizing the costs of the materials used and eliminating the risks of exposure to ultraviolet radiation thanks to the possibility of exploiting visible light).

Stable (degradation levels unchanged even after 50 hours of irradiation). – Scalable from test tube (ideal environment) to size 200 times greater (real environment);

Economic: the realization of a support with easily available material, not so expensive and able to retain the ferrite dust avoiding problems related to the filtering processes currently necessary in existing purification plants.

The future development of our work includes:
– the increase in the volumes of treated solution (proportional to the size of the support);

– the use of other emerging micro-pollutants;

– the realization of ceramic foams with different techniques and increasing their size;

– experimentation of the effectiveness of the system over longer periods.