Polymeric hydrogels containing polyphenols for wastewater treatment

In questo lavoro di Tesi Magistrale, si sono sintetizzati degli idrogeli polimerici partendo da chitosano metacrilato, il cui fine ultimo è la rimozione di ioni rameici da soluzioni di acqua contaminata. Il chitosano è stato metacrilato con anidride metacrilica, purificato in membrane di cellulosa e successivamente liofilizzato. Il chitosano liofilizzato così ottenuto è stato solubilizzato con un fotoiniziatore (Irgacure 2959) al fine di renderne possibile la reticolazione tramite luce UV. Aliquote di soluzione sono state prelevate e reticolate tramite luce UV, e i campioni così ottenuti sono stati purificati in immersione in acqua distillata. Dopo purificazione, sono stati posti a essiccare sotto cappa. Alcuni di questi campioni sono stati funzionalizzati con Acido Tannico (polifenolo scelto per questo lavoro di Tesi), via immersione e stazionamento in forno a 37 °C per tre ore, in soluzione di acqua e acido tannico a concentrazione nota di 15 mg/mL. Sia i campioni funzionalizzati che i campioni non funzionalizzati sono stati caratterizzati tramite spettroscopia infrarossa FTIR, termogravimetria, calorimetria differenziale (previo test su soluzioni di ioni rameici), nonché tramite microscopia elettronica a scansione SEM-EDS e spettroscopia UV-Visibile (successivi al test su soluzioni di ioni rameici). L'analisi FTIR ha rivelato la bontà e la riuscita sia del processo di metacrilazione, mettendo a confronto del chitosano grezzo con del chitosano metacrilato, sia del processo di funzionalizzazione con acido tannico, confrontando gli spettri di campioni funzionalizzati, campioni non funzionalizzati e lo spettro dello stesso acido tannico. L'analisi EDS-SEM ha rivelato l'effettiva presenza di Rame successivamente ai test su soluzioni di ioni rameici. L'analisi UV-Visibile ha rivelato, da un lato, un avvenuto rilascio di acido tannico dai campioni immersi in soluzione, e dall'altro la possibile formazione di un complesso tra chitosano e ione Cu(II). Il test di cattura degli ioni Cu(II) è passato per due prove: una Cinetica e una Isoterma. Nella prova Cinetica, campioni di chitosano (sia funzionalizzato che non) sono stati immersi in una soluzione a concentrazione nota (10 mg/L) di ioni rameici, e si è analizzata la concentrazione della soluzione nel tempo, fino al raggiungimento di un plateau di assorbimento (in linea teorica). Si osserva, in realtà, che un plateau non viene raggiunto: dopo un valore massimo, la quantità di ioni rame catturati dall'idrogelo (espressi come milligrammi di Rame per grammi di chitosano) diminuisce, e questo comportamento è analogo sia che il campione sia funzionalizzato o meno. Un assorbimento di ioni Cu(II), tuttavia, è presente, come anche rilevato dall'analisi EDS-SEM. Il quantitativo di ioni Cu(II) catturati da un idrogelo funzionalizzato è superiore di un ordine di grandezza rispetto alla quantità catturata da un campione di chitosano tal quale. Nella prova Isoterma, sei campioni funzionalizzati con acido tannico sono stati testati su sei soluzioni, ognuna ad una diversa concentrazione iniziale di ioni rameici (5, 10, 20, 50, 75 e 100 mg/L). La concentrazione della soluzione è stata analizzata dopo 96 ore dall'inizio della prova. Al crescere della concentrazione iniziale, cresce la quantità di ioni rameici catturati. Anche in questo caso non si arriva ad un plateau, ma è possibile ipotizzare che un plateau esista per concentrazioni superiori a 100 mg/L. Si sono analizzati solo campioni funzionalizzati, a fronte dei risultati della prova Cinetica.