Preparazione di strutture metallorganiche (MOFs) e rivestimento di dispositivi polimerici stampati in 3D per l'adsorbimento di inquinanti emergenti dalle acque = Preparation of metal-organic structures and coating of 3D printed devices for the adsorption of emerging pollutants from water

Negli ultimi anni, a causa della crescente produzione di farmaci, prodotti per la cura personale, pesticidi e microplastiche, che portano al rilascio nell’ambiente di scarichi industriali e sostanze chimiche, si sono diffuse nuove tipologie di contaminanti. Sono stati definiti “emergenti” perché di recente rilevati nelle acque in quantità significative e i metodi convenzionali di trattamento idrico non sono in grado di rimuoverli efficacemente. Si tratta di sostanze organiche complesse, dannose per l’ambiente e per la salute umana. Tra queste, desta particolare preoccupazione la presenza di prodotti farmaceutici come antibiotici e antinfiammatori. Uno tra i metodi più efficienti per la rimozione degli inquinanti dalle acque è l’adsorbimento; tuttavia, gli adsorbenti comuni (carboni attivi, zeoliti) evidenziano alcuni punti deboli quali la bassa selettività e la difficile rigenerazione. Di recente è stata posta l’attenzione su una nuova classe di materiali cristallini altamente porosi, costituiti da ioni metallici o cluster collegati da leganti organici: si tratta dei Metal-Organic Frameworks (MOFs). La struttura dei MOFs può essere finemente regolata scegliendo opportunamente i componenti metallici e organici, permettendo di adattare le loro proprietà per specifiche applicazioni, tra cui la separazione di inquinanti dalle acque. Per facilitare il loro utilizzo, ridurre le perdite e rendere il processo di rimozione più facilmente riproducibile su larga scala, è stata presa in considerazione la possibilità di depositare questi materiali su supporti stampati in 3D in resina fotopolimerica, che si è dimostrata essere un materiale resistente e adatto per ottenere strutture porose e complesse, così da massimizzare l’area di contatto tra la polvere posta sul supporto stesso e l’inquinante da rimuovere. L’obiettivo di questo lavoro di tesi, svolto in collaborazione con l’Università di Salerno e l’Università delle Isole Baleari, è la sintesi del materiale metallorganico MOF-808, che presenta oxocluster di zirconio (IV) coordinati dal legante acido trimesico. Per studiare le proprietà chimico-fisiche dei materiali sintetizzati, sono state condotte alcune caratterizzazioni, quali l’analisi ai raggi X della polvere e dei suoi supporti, l’adsorbimento di N2 e la microscopia SEM. Il materiale è stato poi testato per l’adsorbimento di contaminanti emergenti, in particolare prodotti farmaceutici. Le prove sono state effettuate sia con il materiale in polvere sia immobilizzato su strutture tridimensionali. I risultati di adsorbimento hanno mostrato che l’uso del MOF in polvere ha portato a una rimozione quasi totale degli inquinanti esaminati. Anche quando la polvere è stata applicata su supporti 3D, l’efficienza di rimozione è rimasta elevata, permettendo al contempo la riciclabilità del materiale utilizzato. I MOFs immobilizzati su supporti tridimensionali possono essere, quindi, una piattaforma tecnologica promettente per lo sviluppo di soluzioni industriali innovative e sostenibili per la decontaminazione ambientale. Infine, nell’ambito dell’esplorazione del potenziale dei MOF, un ulteriore obiettivo di questa tesi è la sintesi del Metal-Organic Framework Ce-UiO-66-NH2, che presenta nodi di cerio (IV) coordinati tramite l’acido 2-amminotereftalico. È stato scelto un metodo di sintesi green a temperatura ambiente e il materiale ottenuto risulta essere promettente per ulteriori metodi di rimozione degli inquinanti come la fotocatalisi.