Sugarcane bagasse biochar functionalized with ZnO via zinc hydroxychloride thermal conversion for enhanced photocatalytic degradation of paracetamol

Gli impianti di trattamento delle acque sono progettati per pulire i nostri fiumi e i nostri laghi, ma spesso faticano con un tipo specifico di inquinamento invisibile: le minuscole tracce di medicinali che scoliamo via. Quando le persone assumono antidolorifici come il paracetamolo, i loro corpi non assorbono ogni singola molecola. Il resto passa attraverso il sistema fognario e finisce nell'ambiente, dove può danneggiare pesci e altra fauna selvatica. Poiché queste sostanze chimiche sono così persistenti ed esistono in quantità così piccole, i metodi di pulizia standard non riescono a rimuoverle efficacemente. Gli scienziati si sono rivolti a una soluzione potente chiamata fotocatalisi, un processo che utilizza la luce per innescare una reazione chimica che scompone gli inquinanti. Un materiale comune utilizzato per questo è l'ossido di zinco, una polvere bianca che agisce come una spugna per l'energia luminosa. Tuttavia, questo materiale ha un difetto: quando assorbe la luce, l'energia che cattura spesso si annulla da sola prima di poter compiere qualsiasi lavoro di pulizia, e le minuscole particelle sono difficili da raccogliere una volta terminato il lavoro.

Per risolvere questi problemi, i ricercatori dell'Università Federale di Itajubá in Brasile hanno sviluppato un nuovo modo per combinare l'ossido di zinco con un materiale derivato dagli scarti agricoli. Hanno preso la bagassa di canna da zucchero, il residuo fibroso che rimane dopo la frantumazione della canna da zucchero per produrre il succo, e l'hanno trasformata in una sostanza porosa, simile al carbone, nota come biochar. Invece di mescolare i materiali in un liquido, hanno fatto crescere l'ossido di zinco direttamente sulla superficie di questo biochar utilizzando un processo di trattamento termico. Il risultato è stato un materiale composito in cui le particelle di ossido di zinco, che assorbono la luce, erano ancorate saldamente al biochar ricco di carbonio. Questa configurazione ha permesso al biochar di agire come una struttura di supporto che manteneva le particelle di ossido di zinco separate e stabili, aiutando anche a gestire il flusso di energia in modo che la reazione di pulizia potesse avvenire in modo più efficiente.

Il team ha testato questo nuovo materiale cercando di rimuovere il paracetamolo dall'acqua sotto una fonte di luce. Hanno scoperto che il materiale supportato su biochar era di gran lunga superiore all'uso della semplice polvere di ossido di zinco. Nei loro esperimenti, il nuovo composito ha rimosso più del 78 percento del paracetamolo dall'acqua in soli 90 minuti, mentre la polvere di ossido di zinco standard riusciva a rimuovere meno della metà di tale quantità nello stesso arco di tempo. I ricercatori hanno osservato che la natura porosa del biochar aiutava a intrappolare le molecole del medicinale vicino ai siti attivi dell'ossido di zinco, dando alla reazione un vantaggio iniziale. Inoltre, il materiale ha mostrato una velocità di degradazione molto più elevata, scomponendo il contaminante a un ritmo più del doppio rispetto alla polvere non modificata.

Per capire esattamente come sia avvenuta questa pulizia, gli scienziati hanno utilizzato sostanze chimiche speciali per bloccare diverse parti del processo di reazione. Hanno scoperto che la scomposizione del medicinale era guidata da una squadra di agenti reattivi. Gli aiutanti più importanti erano i radicali ossidrilici e i radicali superossido, che sono particelle altamente energetiche che attaccano e smantellano le molecole del farmaco. Il biochar ha svolto un ruolo cruciale nella generazione di questi radicali, aiutando a separare le cariche elettriche create dalla luce, impedendo loro di sprecare l'energia. Sebbene il materiale abbia mostrato un certo declino nelle prestazioni dopo utilizzi ripetuti, probabilmente perché i pori si sono intasati con residui, è rimasto abbastanza stabile da essere considerato un candidato promettente per futuri sistemi di trattamento delle acque. Questo lavoro suggerisce che trasformare gli scarti agricoli in uno strumento di pulizia ad alta tecnologia potrebbe offrire un modo economico ed efficace per proteggere le nostre riserve d'acqua dalla crescente minaccia dell'inquinamento farmaceutico.