La scoperta dei polimeri potrebbe rivoluzionare la purificazione dell’acqua

Abbiamo visto tutti i deodoranti per ambienti Febreze, che utilizzano un derivato dell'amido di mais per intrappolare gli inquinanti atmosferici invisibili in casa ed eliminare gli odori indesiderati.

Un team di ricercatori della Cornell ha utilizzato lo stesso materiale trovato in Febreze, la ciclodestrina, per sviluppare una tecnica che potrebbe rivoluzionare l'industria della depurazione dell'acqua.

Il team è guidato da Will Dichtel, professore associato di chimica e biologia chimica e vincitore della MacArthur Foundation Fellowship 2015. Il suo gruppo ha inventato una forma porosa di ciclodestrina che ha mostrato un assorbimento degli inquinanti attraverso l’adsorbimento a velocità di gran lunga superiori al tradizionale carbone attivo – 200 volte maggiore in alcuni casi.

I carboni attivi hanno il vantaggio di una superficie più ampia rispetto ai precedenti polimeri a base di ciclodestrina – “più siti in cui gli inquinanti possono aderire”, ha detto Dichtel – ma non legano gli inquinanti così fortemente come la ciclodestrina.

“Quello che abbiamo fatto è stato realizzare il primo materiale ad elevata area superficiale fatto di ciclodestrina”, ha affermato Dichtel, “combinando alcuni dei vantaggi del carbone attivo con i vantaggi intrinseci della ciclodestrina. Quando combini le migliori caratteristiche di questi due materiali, ottieni un materiale addirittura migliore di entrambe le classi.

"Questi materiali rimuoveranno gli inquinanti in pochi secondi, mentre l'acqua scorre", ha detto, "quindi c'è un potenziale per una purificazione dell'acqua a flusso continuo a bassissimo consumo energetico, il che è un grosso problema."

Inoltre, il polimero contenente ciclodestrina presenta una rigenerazione più semplice ed economica, quindi può essere riutilizzato molte volte senza che si osservi alcuna perdita di prestazioni.

I risultati di circa 18 mesi di lavoro sono stati pubblicati online su Nature il 21 dicembre.

Il sostegno al lavoro è arrivato dalla National Science Foundation attraverso il Center for Sustainable Polymers, che riunisce un team eterogeneo di ricercatori della Cornell University, dell’Università del Minnesota e dell’Università della California, Berkeley, per scoprire materiali ad alte prestazioni provenienti da fonti sostenibili, non -fonti a base di petrolio.

In seguito alla scoperta del polimero della ciclodestrina, l'Atkinson Center for a Sustainable Future della Cornell University ha fornito ulteriore supporto per ampliare e costruire prototipi di sistemi di filtrazione.

La ricerca è iniziata poco dopo l'assegnazione della sovvenzione NSF. Non passò molto tempo prima che il team di Dichtel identificasse il polimero della ciclodestrina come promettente nella purificazione dell'acqua. Dopo aver trascorso qualche altro mese ad analizzare il materiale, Dichtel ha contattato Damian Helbling, assistente professore di ingegneria civile e ambientale. Le aree di studio di Helbling includono la qualità dell'acqua in relazione alla salute umana e dell'ecosistema.

"Il mio ruolo in quella fase iniziale, lo scorso gennaio o febbraio, era quello di consulente", ha affermato Helbling, coautore dell'articolo. “Hanno detto: 'Abbiamo questo polimero che può fare questo; quali sono i problemi di qualità dell’acqua a cui questo potrebbe essere applicato?'”

Helbling ha osservato che il suo gruppo ha messo alla prova il polimero in un modo diverso dal gruppo di Dichtel, per vedere se avrebbe assorbito varie miscele inquinanti a concentrazioni più basse rilevanti per la purificazione dell'acqua nel mondo reale.

“[Il nostro contributo è stato] dimostrare che anche in condizioni ambientali rilevanti, i fenomeni che stavano osservando erano ripetibili. E lo erano”, ha detto Helbling.

La riciclabilità è un altro vantaggio del polimero ciclodestrina, ha affermato Dichtel. Mentre i filtri a carbone attivo devono essere sottoposti a un intenso trattamento termico per la rigenerazione, i filtri a ciclodestrina possono essere lavati a temperatura ambiente con metanolo o etanolo. E non è stato osservato un calo delle prestazioni dopo la rigenerazione, ha detto Dichtel.

Dichtel, il cui “Genius Award” della Fondazione MacArthur ammonterà a 625.000 dollari in cinque anni, ha affermato che parte del premio andrà a ulteriori ricerche sulla purificazione dell’acqua con ciclodestrina, ponendo le basi per un prodotto che può essere fabbricato su larga scala.

"Tradizionalmente, il divario tra la scoperta di laboratorio e la diffusione di qualcosa nel mondo in cui può aiutare le persone è difficile da colmare", ha affermato. "Quindi avere un supporto totalmente illimitato, che può essere utilizzato in modo pragmatico in quello spazio, è davvero prezioso."