Rimuovere i contaminanti dalle acque industriali

CrioPurA e il nome di una gamma di materiali polimerici macro porosi specificamente progettati e sintetizzati per rimuovere un'ampia rosa di contaminanti dalle acque di processo industriale, come metalli pesanti o molecole organiche potenzialmente tossiche. L'utilizzo di acqua da parte delle attività industriali rappresenta oggi un importante problema rispetto alla salvaguardia delle risorse idriche. L'industria utilizza migliaia di tonnellate di acqua ogni giorno in tutto il mondo, producendo reflui contenenti diversi contaminanti nocivi per l'ambiente e la salute dell'uomo. Le soluzioni attualmente adottate sono costose, spesso obsolete e non rispondono alle attuali esigenze di purificazione. Negli ultimi anni le normative governative sull'immissione di inquinanti nell'ambiente sono diventate sempre più stringenti a livello europeo e internazionale, inducendo le aziende a prestare maggiore attenzione alla sostenibilità dei processi e alla gestione delle acque reflue. Parallelamente, anche la comunità scientifica ha focalizzato maggiore attenzione sullo sviluppo di nuove tecnologie per la purificazione delle acque tramite processi economici ed eco-sostenibili. In questo contesto opera CrioPurA, una tecnologia innovativa basata sull'utilizzo di materiali adsorbenti (solidi o liquidi che possono fissare alla loro superficie delle molecole o delle particelle di una soluzione).

CrioPurA nasce da un team di ricercatori dell'Istituto per i polimeri, compositi e biomateriali (Ipcb), dell'Istituto per la microelettronica e microsistemi (Imm) e dell'Istituto di chimica biomolecolare (Icb) del Consiglio nazionale delle ricerche, in collaborazione con l'Università di Bologna. I materiali sono costituiti da polimeri a base di N-metil-D-glucamina (Nmg). Questo derivato dello zucchero è capace di chelare (legarsi a uno stesso atomo metallico, come due chele, per mezzo di valenze secondarie o primarie formando composti solubili stabili) anioni di metalli tossici come arsenico, cromo e boro, ma anche molecole organiche fonti di inquinamento emergente.

I principali vantaggi rispetto alle resine commerciali consistono nella presenza di circa l'80% di materiale chelante attivo e nella peculiare architettura macro porosa interconnessa, che conferisce anche caratteristiche super assorbenti. Tali proprietà determinano un aumento del 70 % in efficienza sequestrante rispetto alle attuali resine commerciali. Infatti, oltre alla maggiore quantità di molecole attive, la particolare natura macro porosa fornisce percorsi di diffusione rapida dell'acqua, con conseguente accesso a tutti i siti disponibili alla cattura, aumentando ulteriormente la capacità sequestrante. In altre parole, possiamo utilizzare una quantità di materiale circa quattro volte inferiore rispetto alle attuali tecnologie, ottenendo le stesse rese.

La capacità di assorbimento di arsenico (76,3 mg/g) e cromo (130,9 mg/g) è notevole se confrontata con analoghi commerciali caratterizzati da valori ben inferiori. Questo costituisce un significativo vantaggio in termini di costi di produzione, gestione, manutenzione degli impianti di depurazione e smaltimento finale, con un netto incremento della sostenibilità ambientale. La sostenibilità è data dal procedimento di sintesi (il solvente e l'acqua) oltre che dalla possibilità di riutilizzare e rigenerare CrioPurA.

Attualmente sono in corso i test di efficienza del materiale su scala pilota e su acque industriali. Il Technology Readiness Level della tecnologia è 4, entro il 2022 è previsto il raggiungimento del livello 7, grazie a un finanziamento PoC Mise-Amico. Inoltre, un valore aggiunto di notevole interesse è la possibilità di semplice recupero delle sostanze sequestrate, che possono essere riutilizzate o reinserite nelle proprie linee di mercato, producendo un'ulteriore fonte di introiti per gli utilizzatori finali. Il materiale è oggetto di una domanda di brevetto internazionale e di una pubblicazione scientifica su “Chemical Engineering Journal”.  

Il gruppo di ricerca del Cnr sta continuando a innovare i materiali CrioPurA per esigenze specifiche richieste dai partner industriali del progetto. Inoltre il team  il cui obiettivo è trasferire il materiale sul mercato, ha partecipato con successo alla competizione europea EIT Jumpstarter, nella categoria Manufacturing. Ad aprile, 548 gruppi aspiranti alla vittoria hanno iniziato un percorso di formazione imprenditoriale e superato due fasi di eliminazione. La finale dell'edizione 2021 si è tenutail primo dicembre e il team di CrioPurA si è classificato tra i primi sei.

Fonte: Istituto per i polimeri, compositi e biomateriali , email sabrinacarola.carroccio@cnr.it - Andrea A. Scamporrino , email andrea.scamporrino@cnr.it -