Rimozione efficiente dei contaminanti farmaceutici dall'acqua e dalle acque reflue utilizzando la laccasi immobilizzata su carbone attivo derivato dalle bucce di melograno

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 11933 (2023) Citare questo articolo

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In questo studio, le bucce di melograno (PP) come abbondante scarto della lavorazione della frutta sono state utilizzate per produrre carbone attivo economico, ecologico e di alta qualità. Il carbonio prodotto (carbone attivo privo di fossili) è stato utilizzato per immobilizzare la laccasi per rimuovere una serie di inquinanti emergenti, vale a dire diclofenac, amoxicillina, carbamazepina e ciprofloxacina dall'acqua e dalle acque reflue. Il carbone attivo caricato mediante laccasi (LMPP) e quello scarico (MPP) sono stati caratterizzati utilizzando tecniche avanzate di analisi chimica di superficie. Si è scoperto che gli MPP hanno una struttura porosa con un'ampia area superficiale e un'abbondanza di gruppi funzionali acidi. L'immobilizzazione della laccasi ha ridotto l'area superficiale ma ha aggiunto siti di degradazione attivi. I parametri di immobilizzazione ottimali sono stati determinati come pH 4, 35 °C e una concentrazione di laccasi di 2,5 mg/mL con conseguente resa di immobilizzazione del 69,8%. L'adsorbimento dell'inquinante emergente sugli MPP è meglio caratterizzato come un processo endotermico spontaneo che aderisce all'isoterma di Langmuir e alla cinetica del primo ordine. Utilizzando l'adsorbimento sinergico e la degradazione enzimatica, gli inquinanti target (50 mg/L) sono stati eliminati in 2 ore. In entrambi i tipi di acqua, gli LMPP hanno sovraperformato gli MPP. Questo studio dimostra che le bucce di melograno possono essere efficacemente sfruttate come trasportatore di enzimi e adsorbente per la rimozione degli inquinanti emergenti anche da una matrice di campioni complessa. La rimozione dei contaminanti dalle acque reflue è durata cinque cicli, mentre per l'acqua è continuata fino a sei cicli.

Si prevede che la popolazione mondiale supererà i nove miliardi entro il 20501,2. Ciò porta ad un aumento della richiesta di acqua potabile e allo stesso tempo aumenta la produzione di acque reflue. Questo problema persistente è spesso accompagnato da una gestione inefficace delle acque reflue, dal deterioramento delle infrastrutture per le acque reflue e da schemi di smaltimento inadeguati con procedure di trattamento limitate o assenti3. A causa di questi problemi, una serie di sostanze chimiche che hanno la possibilità di raggiungere le acque superficiali vengono scaricate quotidianamente nell'ambiente2,3. I contaminanti emergenti (EC) sono un termine generico per diverse sostanze che hanno suscitato notevoli preoccupazioni negli ultimi due decenni. Questi contaminanti possono essere composti sintetici o sostanze presenti in natura in quantità minime o non monitorate con un potenziale impatto negativo sulla salute umana e su altri organismi. Questi composti recalcitranti sono costituiti da una varietà di sostanze chimiche, come prodotti farmaceutici, idrocarburi policiclici aromatici, prodotti per la cura personale e pesticidi4,5. Le fonti più comuni di EC sono gli effluenti industriali, le acque reflue municipali, gli impianti di trattamento delle acque reflue (WWTP), i prodotti per la casa, gli ospedali, le discariche e le società di produzione farmaceutica6. Tra le fonti sopra menzionate, gli effluenti degli impianti di trattamento delle acque reflue sono considerati la principale fonte di EC. Gli impianti di depurazione non sono progettati per rimuovere completamente gli EC e i loro metaboliti, quindi possono fuoriuscire negli ecosistemi acquatici negli effluenti scaricati. Attualmente non esistono linee guida o standard per lo smaltimento e lo scarico degli EC negli impianti di trattamento delle acque reflue esistenti7. In pratica, i processi fisici e chimici convenzionali per la riduzione dei composti organici dalle acque reflue presentano diverse gravi limitazioni, tra cui una purificazione insufficiente, una bassa efficacia, costi elevati, la formazione di sottoprodotti pericolosi e l’applicazione in un intervallo di concentrazione ristretto8,9. Di conseguenza, è ampiamente riconosciuto l’urgente bisogno di sviluppare metodi più efficaci, innovativi e rispettosi dell’ambiente per la bonifica delle acque reflue. Il biorisanamento o biodegradazione, una potenziale nuova area di indagine, è stata utilizzata efficacemente per l'eliminazione degli EC dall'acqua e dalle acque reflue10. I metodi di biodegradazione presentano molti vantaggi rispetto ai metodi fisico-chimici, poiché sono più economici, più sicuri e meno distruttivi11.