Adsorption of PFAS on activated carbon

Le sostanze per- e polifluoroalchiliche (PFAS) sono inquinanti persistenti che, a causa della loro mobilità e stabilità, sono rilevati in varie matrici ambientali, tra cui le acque superficiali e sotterranee. Sebbene i PFAS siano tipicamente presenti a livelli di traccia, nell'ordine di ppt e ppb, la loro presenza è preoccupante per via del loro potenziale di bioaccumulo e dei loro effetti avversi sulla salute. Per bonificare le acque sotterranee contaminate da questi composti, l'adsorbimento su carbone attivo granulare (GAC) rappresenta uno dei metodi più diffusi, efficaci ed economici. La presente tesi mira a contribuire, grazie ai risultati ottenuti attraverso i test di laboratorio, a migliorare la comprensione dell'adsorbimento di alcune sostanze per- e polifluoroalchiliche su GAC. In particolare, questo studio ha l’obiettivo di valutare quantitativamente, tramite prove di adsorbimento in batch, le cinetiche e le isoterme di adsorbimento dell’acido perfluoroottanoico (PFBA), dell’acido perfluorobutansulfonico (PFBS), dell’acido perfluoroottanoico (PFOA) e dell’acido perfluorottansolfonico (PFOS). Inoltre, utilizzando lo stesso materiale adsorbente, lo studio indaga anche il comportamento di adsorbimento individuale del tricloruro di etilene (TCE), un comune co-contaminante dei PFAS. Inizialmente la tesi delinea le proprietà distintive delle sostanze per- e polifluoroalchiliche, identificando le principali fonti di contaminazione, vie di esposizione e rischi potenziali per la salute. Si analizza il quadro normativo, con particolare attenzione alle restrizioni italiane che regolano la presenza di queste sostanze nell’acqua. Questo studio esplora la tecnica di bonifica dell’adsorbimento su carbone attivo granulare, evidenziando i principali meccanismi e fattori influenti che governano il processo, basandosi sui risultati ottenuti da studi precedenti, riportati nella letteratura scientifica. Vengono esaminate le condizioni sperimentali e le tecniche analitiche utilizzate nei test di adsorbimento in batch, sia per le cinetiche che per le isoterme, insieme alle equazioni più frequentemente impiegate per modellare i risultati sperimentali. Sono stati eseguiti test preliminari per caratterizzare il GAC, destinato agli esperimenti di adsorbimento, grazie a cui si sono identificate le proprietà dell’adsorbente che potrebbero influenzare la sua interazione con le molecole perfluoroalchiliche. La tesi presenta i risultati dei test cinetici e delle isoterme, dove le concentrazioni di PFAS sono state determinate grazie all’uso dell’HPLC - MS/MS. La cinetica di adsorbimento di ciascun PFAS considerato risulta ben rappresentata dal modello dello pseudo-secondo ordine. I risultati hanno mostrato che il GAC ha una maggiore tendenza ad adsorbire le molecole a catena più lunga, come dimostrato dal parametro cinetico della quantità di analita adsorbito all’equilibrio (Se) che segue l'ordine: PFBA < PFBS < PFOA < PFOS, suggerendo la predominanza dell’ interazione idrofobica come principale meccanismo di adsorbimento. Inoltre, è stato anche dimostrato che le molecole perfluoroalchiliche sulfoniche presentano una cinetica più rapida rispetto alle controparti carbossiliche. Per ciascun PFAS è stata costruita l'isoterma di adsorbimento. I dati sperimentali sono stati modellati tramite le equazioni di Langmuir e Freundlich e i parametri di equilibrio sono stati determinati e analizzati, presentando un confronto con i risultati esistenti in letteratura.