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Antibiofouling Nanopatterned Electrospun Membranes for Nanofiltration Applications

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Un nuovo filtro a membrana ispirato alla natura offre nuove speranze per il riciclaggio dell’acqua

L’acqua ricopre il 70 % del nostro pianeta, ma solo il 3 % del totale è costituito da acqua dolce. Di questa, due terzi sono congelati nei ghiacciai e quindi non sono disponibili per l’uso. Con l’aumento dello stress idrico e della carenza di acqua che si stanno verificando a livello mondiale, sono urgentemente necessarie soluzioni intelligenti. Il riciclaggio e la desalinizzazione dell’acqua di mare stanno diventando elementi indispensabili dell’infrastruttura idrica. Nell’ambito del progetto ANEMONE è stata messa a punto una soluzione per il riciclaggio dell’acqua in grado di aggirare gli ostacoli incontrati in precedenza.

Cambiamento climatico e Ambiente
Alimenti e Risorse naturali

Lo stress idrico è un problema globale sempre più grave. A causa della rapida urbanizzazione, dell’aumento della popolazione e degli effetti dei cambiamenti climatici, il fabbisogno idrico sta superando le capacità di approvvigionamento. Alcune regioni del mondo stanno rispondendo con soluzioni di riciclaggio dell’acqua e di desalinizzazione dell’acqua di mare. Ma per quanto riguarda il riciclaggio dell’acqua per renderla potabile, la gamma di opzioni dipende sempre più dalla filtrazione su membrana. Benché questi sistemi siano efficaci, l’energia necessaria per garantire la sicurezza del trattamento rende i costi operativi troppo elevati per una diffusione su larga scala, in particolare nelle regioni del mondo meno industrializzate dove sono maggiormente necessari.

Una soluzione pratica per le bioincrostazioni

La filtrazione su membrana è una metodica altamente efficace per il trattamento dell’acqua, permettendo di ottenere acqua molto pulita poiché i piccoli pori dei filtri a membrana creano un’efficiente barriera contro particelle e patogeni. Inoltre, può essere utilizzata per rimuovere dall’acqua il sale disciolto e in alcuni casi gli inquinanti organici. Tuttavia, le alte pressioni spesso necessarie per il funzionamento efficace del processo comportano un elevato consumo energetico che lo rende costoso. Un altro problema comune è rappresentato dalle bioincrostazioni, costituite da microrganismi che aderiscono alla membrana e si moltiplicano, riducendo l’efficacia della membrana stessa e richiedendo tempi di fermo per la pulizia. Recentemente, sono stati compiuti passi avanti verso l’uso di materiali intrinsecamente resistenti alle bioincrostazioni allo scopo di inibire o ridurre la formazione di biofilm. «La nostra strategia è quella di produrre materiali dotati di una struttura di superficie su scala nanometrica, che non solo è in grado di ridurre le bioincrostazioni, ma possiede anche proprietà antibatteriche, poiché induce la morte dei batteri provocando lo stiramento delle loro cellule sulla superficie nanostrutturata finché non si rompono», afferma Eoin Casey, beneficiario di una sovvenzione del CER, che lavora presso lo University College di Dublino. Con il progetto ANEMONE (Antibiofouling Nanopatterned Electrospun Membranes for Nanofiltration Applications), sostenuto dall’UE, il team di Casey ha prodotto membrane a base di polimeri ispirate alle ali delle cicale utilizzando l’elettrofilatura, un metodo per la fabbricazione di nanofibre. Progettate per essere integrate nelle tecnologie di filtrazione dell’acqua, tali membrane possiedono proprietà chimiche e fisiche potenzialmente modificabili. Le fibre prodotte a partire da soluzioni polimeriche viscose, con diametri fino a 20 nm (nanometri), non solo hanno soddisfatto i requisiti necessari per la filtrazione su membrana, ma hanno anche evidenziato effetti intrinseci antibatterici e anti-bioincrostazioni, che sono cruciali per la produzione di acqua potabile pulita a costi contenuti. Il lavoro del progetto ANEMONE si è basato sui precedenti studi del team nel campo dei principi meccanici fondamentali coinvolti nella formazione di bioincrostazioni sulle membrane, realizzati nell’ambito del progetto AFFIRM finanziato dal CER. Tale progetto ha permesso al team di acquisire conoscenze approfondite sul comportamento specifico dei batteri nel particolare contesto dell’interfaccia liquido-membrana. «I nostri test su piccola scala in un ambiente di laboratorio sono stati promettenti e permetteranno adesso al team di passare alla produzione di prototipi più avanzati di questa tecnologia», sostiene Casey.

Tecnologia cruciale per il riciclaggio dell’acqua

Affinché le popolazioni siano protette dalle minacce ambientali, comprese le carenze idriche, sarà necessario sviluppare e supportare tecnologie ambientali nuove ed emergenti commercialmente sostenibili. La tecnologia del progetto ANEMONE permetterà la produzione di acqua pulita a costi contenuti con un minore utilizzo di sostanze chimiche e pertanto si prospetta come una soluzione migliore per la salute pubblica e per l’ambiente. Il team sta adesso sviluppando un prototipo da testare in sistemi idrici reali. I dati ottenuti da questa dimostrazione forniranno la prova di concetto per potenziali partner o investitori.

Parole chiave

ANEMONE, acqua potabile, stress idrico, carenza idrica, riciclaggio, desalinizzazione, membrana, cicala, scala nanometrica, bioincrostazioni, antibatterico, filtrazione

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