Una membrana riutilizzabile a base biologica contrasta l'inquinamento causato dalle "sostanze chimiche persistenti". / Reusable bio-based membrane targets ‘forever chemicals’ pollution

Una membrana riutilizzabile a base biologica contrasta l'inquinamento causato dalle "sostanze chimiche persistenti". / Reusable bio-based membrane targets ‘forever chemicals’ pollution

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

La membrana di origine biologica è composta da una rete di miliardi di nanofibre  /  The bio-based membrane is made up of a network of billions of nanofibres 

I ricercatori dell'Università di Bath hanno sviluppato una membrana polimerica rinnovabile di origine biologica in grado di rimuovere dall'acqua le sostanze chimiche tossiche persistenti, un progresso che potrebbe offrire un approccio più sostenibile al trattamento delle acque.

L'acido perfluorottanoico (PFOA), un membro della famiglia delle sostanze perfluoroalchiliche e polifluoroalchiliche (PFAS) ampiamente rilevato nelle fonti idriche di tutto il mondo, è stato collegato a tumori, alterazioni ormonali e soppressione del sistema immunitario in seguito ad elevati livelli di esposizione.

A differenza di molti materiali convenzionali per il trattamento delle acque che richiedono frequenti sostituzioni o generano rifiuti secondari, la nuova membrana a base biologica è in grado di intrappolare e trattenere oltre il 94% del PFOA presente nell'acqua. Successivamente, può essere trattata termicamente per rimuovere gli inquinanti intrappolati, consentendo il riutilizzo ed il riprocessamento del polimero per la produzione di una nuova membrana. Il lavoro è descritto in dettaglio sulla rivista ACS Applied Materials & Interfaces.

La membrana è costituita da una rete di nanofibre che, una volta immerse in acqua, assorbono l'umidità e si gonfiano, intrappolando e trattenendo gli agenti inquinanti.

In una dichiarazione, l'autore principale, il dottor Xiang Ding, dell'Innovation Centre for Applied Sustainable Technologies (iCAST) di Bath e ricercatore post-dottorato dello studio, ha affermato: "Ciò che ci ha davvero sorpreso è stato il modo in cui questo materiale reagisce quando entra in contatto con l'acqua.

“I materiali tradizionali in nylon, come il Nylon 6 o il Nylon 66, subiscono poche modifiche, ma le nostre nanofibre di origine biologica si riorganizzano strutturalmente e si compattano. Questa caratteristica conferisce loro una notevole capacità di intrappolare rapidamente gli inquinanti PFAS più ostinati direttamente all'interno della rete polimerica.”

Secondo il gruppo, i metodi di bonifica "chimici permanenti" che utilizzano elettricità, luce solare o microbi per decomporre il PFOA possono essere costosi e difficili da applicare su larga scala. Metodi di trattamento più convenzionali, come il carbone attivo o le resine a scambio ionico, possono rimuovere i PFAS ma possono richiedere frequenti sostituzioni o complessi processi di rigenerazione.

Questo meccanismo di intrappolamento attivato dall'acqua agisce rapidamente, catturando fino alla metà del PFOA presente in un'ora e trattenendolo dopo il lavaggio. I ricercatori hanno anche scoperto che la membrana può essere rigenerata attraverso un processo di riscaldamento e ri-filatura, sbloccando una capacità di riprocessamento e riciclo che recupera fino al 93% della sua capacità di adsorbimento originale.

Il dottor Ding ha affermato: "Utilizzando elementi costitutivi rinnovabili a base di furano anziché materiali derivati ​​da combustibili fossili, abbiamo dimostrato che è possibile combinare un'elevata efficienza nella rimozione dei PFAS con una progettazione polimerica più sostenibile".

Il gruppo, composto dalla dottoressa Hannah Leese, dal professor Matthew Davidson e dal dottor Carmelo Herdes, punta ora a esplorare la possibilità di estendere la tecnologia per test sul campo, ampliandone l'applicazione per catturare altre sostanze chimiche PFAS ed ottimizzando ulteriormente il processo di rigenerazione.

Il loro lavoro è stato supportato dal Research England Development Fund attraverso l'Innovation Centre for Applied Sustainable Technologies (iCAST), da una sovvenzione dell'EPSRC Catalysis Hub e dall'Università di Bath.

ENGLISH

Researchers at Bath University have developed a renewable, bio-based polymer membrane that removes toxic ‘forever chemicals’ from water, an advance that could offer a more sustainable approach to water treatment.

Perfluorooctanoic acid (PFOA), a member of the per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) family and widely detected in water sources worldwide, has been linked to cancers, hormone disruption and immune system suppression following high levels of exposure.

Unlike many conventional water treatment materials that require frequent replacement or generate secondary waste, the new bio-based membrane can trap and hold over 94 per cent of PFOA from water.  It can later be treated with heat to remove the trapped pollutants, allowing the polymer to be reused and reprocessed into a new membrane. The work is detailed in ACS Applied Materials & Interfaces.

The membrane is made from a network of nanofibres that, when placed in water, absorb moisture and swell to trap and hold the pollutants.

In a statement, lead author Dr Xiang Ding, from Bath’s Innovation Centre for Applied Sustainable Technologies (iCAST)  and the study’s post-doctoral researcher, said: “What really surprised us was how this material responds when it meets water.

“Traditional nylon materials, like Nylon 6 or Nylon 66, barely change, but our bio-based nanofibres structurally reorganise themselves and tighten. This feature gives them a remarkable ability to trap stubborn PFAS pollutants right inside the polymer network, and quickly.”

According to the team, ‘forever chemical’ clean-up methods that use electricity, sunlight or microbes to break down PFOA can be expensive and difficult to use at scale. More conventional treatment methods, such as activated carbon or ion-exchange resins, can remove PFAS but can require frequent replacement or complex regeneration processes.

This water-activated trapping mechanism works rapidly, capturing up to half of the PFOA present in an hour and retaining it after washing. The researchers also found that the membrane can be regenerated through a heating and re-spinning process, unlocking a reprocess-recycling ability that recovers up to 93 per cent of its original adsorption capacity.

Dr Ding said: “By using renewable, furan-based building blocks instead of fossil-derived materials, we’ve shown that high-performance PFAS removal can be combined with more sustainable polymer design.”

The team, including Dr Hannah Leese, Professor Matthew Davidson and Dr Carmelo Herdes, now aims to explore scaling up the technology for real-world testing, broadening its application to capture other PFAS chemicals and further optimising the regeneration process.

Their work was supported by the Research England Development Fund through the Innovation Centre for Applied Sustainable Technologies (iCAST), an EPSRC Catalysis Hub grant, and Bath University.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/reusable-bio-membrane-targets-pfas-pollution?rcip=giuseppecotellessa%40libero.it&utm_campaign=Daily%20Bulletin%20-%20250326%20-%20Wednesday&utm_content=&utm_term=https%3A%2F%2Fwww.theengineer.co.uk%2Fcontent%2Fnews%2Freusable-bio-membrane-targets-pfas-pollution&utm_medium=email&utm_source=The%20Engineer