Electrospun rubber-based nanofibrous membranes functionalized with GO–TiO₂ for photocatalytic wastewater treatment

Gli effluenti industriali contenenti coloranti sintetici e altri inquinanti organici rappresentano una sfida ambientale di primaria importanza, in quanto contribuiscono alla contaminazione delle acque e comportano rischi per gli ecosistemi e la salute umana. Lo sviluppo di materiali avanzati in grado di promuovere la degradazione dei contaminanti in condizioni sostenibili risulta quindi fondamentale. Tra le strategie emergenti, l’integrazione della fotocatalisi con la filtrazione a membrana offre una piattaforma multifunzionale per la purificazione delle acque. In questi sistemi ibridi, la membrana non solo agisce come barriera selettiva, ma funge anche da supporto per i materiali fotocatalitici, consentendo la rimozione e la degradazione simultanea dei contaminanti. L’elettrofilatura è una tecnica versatile che consente la realizzazione di membrane non tessute costituite da fibre submicrometriche mediante l’applicazione di elevate forze elettrostatiche a una soluzione o sospensione polimerica. Le membrane nanofibrose ottenute con questa tecnica risultano particolarmente interessanti per applicazioni nel trattamento delle acque, grazie all’elevata superficie specifica, alla porosità interconnessa, alla bagnabilità modulabile e alla scalabilità del processo. Tra i diversi polimeri processabili, le membrane a base di gomma hanno suscitato crescente interesse per le loro proprietà di elasticità, resilienza e resistenza meccanica. In questo studio, membrane nanofibrose a base di gomma stirene-butadiene (SBR) sono state prodotte con successo mediante elettrofilatura in sospensione e successivamente stabilizzate attraverso reticolazione tiolo-ene indotta da luce UV, ottenendo così una rete nanofibrosa continua e insolubile di SBR. Alcune membrane selezionate sono state inoltre funzionalizzate con un fotocatalizzatore ibrido a base di ossido di grafene e biossido di titanio (GO–TiO₂), al fine di conferire attività fotocatalitica sotto luce visibile verso contaminanti organici. Le proprietà fisico-chimiche delle membrane, tra cui morfologia, composizione chimica e bagnabilità superficiale, sono state studiate in dettaglio. Le analisi morfologiche condotte tramite microscopio elettronico a scansione (SEM) hanno evidenziato fibre cilindriche e continue, costituite da nanoparticelle di SBR densamente impaccate, con diametro medio di circa 638 nm. I test fotocatalitici condotti utilizzando l’Indigo Carmine come inquinante modello hanno mostrato un’attività trascurabile in assenza di catalizzatore, mentre le membrane funzionalizzate con GO–TiO₂ hanno evidenziato prestazioni fotocatalitiche significative. Gli esperimenti di controllo con GO–TiO₂ disperso in soluzione hanno portato a una degradazione completa del colorante entro 120 minuti, mentre lo stesso quantitativo immobilizzato nelle membrane ha raggiunto una degradazione moderata (fino al 54% per membrane sottili dopo circa 8 ore di irradiazione). Questi risultati mettono in luce il compromesso tra efficienza catalitica e recuperabilità pratica del fotocatalizzatore immobilizzato. Complessivamente, i risultati ottenuti dimostrano che le membrane nanofibrose di SBR elettrofilate e funzionalizzate con GO–TiO₂ costituiscono una piattaforma promettente e riutilizzabile per la depurazione fotocatalitica delle acque in luce visibile, in particolare per la degradazione di coloranti organici.