Gli ormoni steroidei sono tra i microinquinanti acquatici più diffusi. Sono dannosi per la salute umana e causano squilibri ecologici negli ambienti acquatici. Presso il Karlsruhe Institute of Technology (KIT), i ricercatori hanno studiato come gli ormoni steroidei vengono degradati in un reattore elettrochimico a membrana con membrane di nanotubi di carbonio. Hanno scoperto che l’adsorbimento degli ormoni steroidei sui nanotubi di carbonio non limitava la successiva degradazione degli ormoni. Una relazione sul loro lavoro è stata pubblicata in Comunicazioni sulla natura.
Fornire acqua pulita alle persone di tutto il mondo è una delle grandi sfide di oggi e di domani. Diversi microinquinanti (sostanze organiche e inorganiche) sono presenti in basse concentrazioni nelle acque reflue ma possono comunque essere dannosi per l’uomo e l’ambiente. Notevoli rischi comportano le sostanze che alterano il sistema endocrino, come gli ormoni steroidei, che possono influenzare il sistema ormonale. Tali sostanze sono presenti nei prodotti farmaceutici, contraccettivi e altri prodotti. Sebbene siano difficili da individuare nell’acqua, possono nuocere gravemente alla salute umana e sconvolgere l’equilibrio ecologico degli ambienti acquatici.
L’ossidazione facilita la degradazione dei microinquinanti
Gli ormoni steroidei non possono essere rilevati né rimossi con i metodi convenzionali di trattamento dell’acqua. L’ossidazione elettrochimica (EO) sta ottenendo il riconoscimento come un approccio promettente per la loro rimozione; I sistemi EO sono costituiti da un anodo e un catodo collegati a una fonte di alimentazione esterna. L’energia elettrica sugli elettrodi viene variata (modulata), portando all’ossidazione e alla degradazione degli inquinanti sulla superficie dell’anodo. L’EO può essere sfruttato in modo più efficace con i reattori elettrochimici a membrana (EMR), in cui una membrana conduttiva funge da elettrodo a flusso, migliorando il trasferimento di massa e rendendo i siti attivi più accessibili per le molecole reagenti.
Proprietà fisiche e chimiche uniche dei nanotubi di carbonio
In collaborazione con scienziati dell’Università della California, di Los Angeles e dell’Università Ebraica di Gerusalemme, i ricercatori dell’Institute for Advanced Membrane Technology (IAMT) del KIT hanno annunciato progressi nella comprensione dei misteriosi meccanismi all’opera negli EMR. Per un articolo su “Water Treatment and Harvesting”, un numero speciale di Nature Communications, hanno studiato la degradazione dei microinquinanti degli ormoni steroidei in un EMR con membrane di nanotubi di carbonio. Con diametri nell’ordine dei nanometri, i nanotubi di carbonio (CNT) hanno proprietà fisiche e chimiche uniche. “La loro elevata conduttività elettrica consente un efficiente trasferimento di elettroni”, ha affermato Andrea Iris Schäfer, professore di ingegneria dei processi idrici e capo dell’IAMT al KIT. “Grazie alla loro nanostruttura, i CNT hanno un’area superficiale estremamente ampia, che conferisce loro un enorme potenziale per adsorbire vari composti organici. Ciò facilita le successive reazioni elettrochimiche.”
Nella loro ricerca, gli scienziati hanno utilizzato metodi analitici all’avanguardia per studiare le complesse interazioni di adsorbimento e desorbimento, reazioni elettrochimiche e formazione di sottoprodotti in un EMR. “Abbiamo scoperto che il pre-adsorbimento degli ormoni steroidei, ovvero il loro arricchimento sulla superficie del CNT, non limita la successiva degradazione degli ormoni”, ha affermato il dottor Siqi Liu, un postdoc dello IAMT. “Attribuiamo questo al rapido assorbimento e all’efficace trasferimento di massa.” L’approccio analitico dello studio facilita l’identificazione dei fattori che limitano la degradazione dell’ormone in condizioni variabili. “La nostra analisi spiega alcuni dei meccanismi alla base dei reattori elettrochimici a membrana e fornisce preziose informazioni per il miglioramento delle strategie elettrochimiche per eliminare i microinquinanti dall’acqua”, ha concluso Schäfer.
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