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Comprendere l’adsorbimento nei sistemi idrici

I ricercatori miravano a migliorare l’efficienza di sistemi di ingegneria come ad esempio gli impianti di trattamento delle acque di scarico. Il fattore chiave era il controllo dell’adsorbimento superficiale delle grandi molecole organiche.

Cambiamento climatico e Ambiente

L’adsorbimento avviene quando le molecole aderiscono o si legano a una superficie, creando un film sottile. Il tipo di legame dipende dalla molecola adsorbente e dal substrato, ma esso solitamente si verifica a causa di forze fisiche o chimiche, o dell’attrazione elettrostatica. L’adsorbimento di molecole organiche in superfici come ad esempio i sistemi di depurazione dell’acqua basati su membrane può ridurre l’efficienza delle membrane e promuovere la contaminazione con microbi. Per limitare questo problema nei sistemi acquatici, il progetto finanziato dall’UE ADSORPLAYERS (Adsorbed layers of natural organic macromolecules on solid substrates: Structure, interactions, and mechanisms of growth) mirava a determinare in che modo le grandi molecole organiche conosciute come polimeri vengono adsorbite da differenti superfici. Per prima cosa ADSORPLAYERS ha osservato il noto meccanismo chiamato attrazione elettrostatica, in cui i polimeri carichi chiamati polielettroliti si legano a una superficie con una carica opposta. I ricercatori hanno scoperto che questa è la spiegazione del modo in cui il chitosano, un polimero con carica positiva a base di zucchero con molti usi industriali e terapeutici, viene adsorbito da substrati di silice carichi negativamente. Curiosamente, i ricercatori hanno scoperto che anche il polistirene sulfonato, un polielettrolita carico negativamente con diversi usi tecnici o medici, viene adsorbito da una superficie di silice carica negativamente in presenza di controioni multivalenti. Pertanto questo è un modo alternativo in cui i polielettroliti possono venire adsorbiti da superfici con carica simile alla loro. Un ultimo meccanismo su cui ADSORPLAYERS ha indagato comportava l’adsorbimento in assenza dell’attrazione elettrostatica. In questo caso, le molecole venivano spontaneamente adsorbite dalle superfici in condizioni dove le forze attrattive non elettrostatiche prevalevano sulla barriera elettrostatica all’adsorbimento. Queste condizioni possono essere ottenute modificando la chimica della soluzione non appena si conoscono questi meccanismi. ADSORPLAYERS ha usato queste conoscenze per chiarire ulteriormente come i processi importanti dal punto di vista ambientale sono influenzati dall’adsorbimento. Questi processi includono l’interazione di materia organica a base di acidi umici con i sistemi di depurazione dell’acqua, e le nanoparticelle a base di ferro progettate per decontaminare le falde acquifere. I risultati finali della ricerca sono stati pubblicati in diverse riviste a revisione paritaria di alto profilo. L’applicazione di questi risultati promette di aumentare l’efficienza delle tecnologie che forniranno dell’acqua sicura.

Parole chiave

Adsorbimento superficie, attrazione elettrostatica, molecole organiche, membrana, polimeri

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