Far progredire lo stato dell’arte nel trattamento sostenibile delle acque
L’acqua viene trattata per migliorarne la qualità complessiva e, nonostante le attuali tecniche di trattamento svolgano un buon lavoro per mantenerla pulita, restano ancora varie sfide da affrontare. Oltre ai residui di farmaci e ai composti chimici organico-fluorurati, noti come PFAS, spesso vengono disperse sostanze nutritive di alto valore, come nitrati e fosfati, che se lasciate nel flusso dei rifiuti possono avere un impatto negativo sull’ambiente. Per contribuire a rendere pulito il processo di trattamento delle acque nasce il progetto E-motion, finanziato dall’UE. «Il nostro obiettivo è migliorare il recupero selettivo degli ioni, incluse sostanze nutritive come il fosfato, nell’acqua e farlo in modo economico, estremamente efficiente e senza l’uso di sostanze chimiche», spiega Louis de Smet, professore di Interfacce e materiali avanzati presso l’Università di Wageningen, il partner principale del progetto. A tal fine, il progetto si è rivolto alla separazione elettroguidata.
Regolazione della selettività ionica
Come spiega de Smet, la separazione elettroguidata impiegata si avvale di elettrodi porosi per assorbire elettricamente ioni specifici dal flusso delle acque reflue: un processo definito deionizzazione capacitiva, o CDI (capacitive deionisation). Questo processo consiste nell’integrazione, ad esempio, di membrane polimeriche ionoselettive. «Si può pensare alla membrana come a una rete che filtra la sostanza nutritiva desiderata dalle acque reflue», aggiunge. Sembra abbastanza semplice, ma in realtà non è proprio così. Una delle sfide affrontate dal progetto è stata la dimensione dello ione fosfato, tale da rendere difficile progettare una membrana attraverso cui far passare solo il fosfato. I ricercatori hanno quindi modificato i loro obiettivi concentrandosi sul modo di respingerlo. «Invece di una membrana attraverso cui far passare il fosfato, ci siamo focalizzati sulla possibilità di mantenerlo all’interno e lasciar passare tutti gli altri anioni», osserva de Smet. Grazie al mix di competenze del team poliedrico del progetto, i ricercatori sono riusciti non solo a calibrare la selettività degli ioni, ma anche a farlo in un modo che potesse superare l’esclusione basata sulle dimensioni. «Abbiamo ottenuto questo risultato regolando la chimica dei materiali e avvalendoci di combinazioni sofisticate di materiali, come quelli elettrodici di nuova concezione con membrane rivestite o meno», spiega de Smet.
Comprendere più a fondo la selettività ionica guidata dall’elettronica
Secondo de Smet, il progetto, che ha ricevuto il sostegno del Consiglio europeo della ricerca, è riuscito a fornire nuove informazioni sulla selettività ionica guidata dall’elettronica regolando le proprietà dei materiali e ottimizzando i parametri del sistema. «Tutti i risultati del progetto contribuiscono a far progredire lo stato dell’arte del trattamento sostenibile delle acque», ha concluso. I ricercatori sono attualmente in procinto di concludere i propri studi finali. Il team ha ottenuto un ulteriore finanziamento dal Consiglio olandese per la ricerca, che sarà utilizzato per valutare l’impiego nei processi di separazione selettiva degli ioni di altri materiali elettrodici alternativi, tra cui alcuni nanomateriali attualmente utilizzati nelle applicazioni di stoccaggio dell’energia.
Parole chiave
E-motion, acque reflue, trattamento delle acque, separazione elettroguidata, acqua, nitrato, fosfato, ioni, deionizzazione capacitiva, materiali elettrodici
