Sviluppo di sensori eterogenei per lo ione fluoruro basati su polimeri naturali

The project of this Thesis has focused on the development of a polymeric system capable of heterogeneous selective sensing of fluoride anion in polar aprotic solvents. To this end, two different strategies (Chapter 3) have been attempted, both relying on p-nitro-phenyl urea groups as signalling units. The first is based on the use of chitosan (Chapter 4) as polymeric scaffold which is functionalized either directly, using p-nitro-phenyl isocyanate, or via Click Chemistry (azide-alkyne Hiusgen dipolar addition). The second strategy, instead, made use of oxidized cellulose in combination with a functionalized polymeric bPEI (branched poly-ethylenedimine) (Chapter 5). This part was also made possible by a detailed study on the oxidation degree of cellulose through a combined acid-base titrations and FT-IR analyses study. The most promising results were obtained with the second approach, which allowed us to produce nanostructured sponges of oxidized cellulose cross linked with functionalized bPEI (Chapter 6). This material changes its colour from light yellow to deep red, easily seen by the naked eye, when immersed in fluoride containing solutions of polar aprotic solvents. Finally, the obtained sponges can be easily regenerated after use, allowing multiple uses. Part of the work described in the Thesis has been published in RSC Advances (appendix A).

Il lavoro di questa Tesi è rivolto allo sviluppo di un sistema a base di polimeri naturali che possa funzionare come sensore colorimetrico selettivo per lo ione fluoruro in fase eterogenea. A tale scopo, sono state intraprese due diverse strategie (Capitolo 3), entrambe basate sull’uso dell’’unità p-nitro-fenil urea come gruppo sensore. La prima prevede l’utilizzo, come base polimerica, del chitosano (Capitolo 4), funzionalizzato direttamente attraverso reazione diretta con p-nitro-fenil isocianato, oppure tramite Click Chemistry (addizione dipolare azide-alchino di Huisgen). La seconda strategia prevede l’utilizzo della cellulosa ossidata in combinazione con il polimero bPEI (poli-etilen-immina ramificata) funzionalizzato (Capitolo 5). Quest’ultima è stata anche resa possibile da uno studio dettagliato sul grado di ossidazione della cellulosa, tramite esperimenti combinati di titolazioni acido-base e analisi FT-IR. I risultati più soddisfacenti sono stati ottenuti con il secondo sistema che ha permesso di ottenere spugne di cellulosa ossidata reticolata con bPEI (Capitolo 6). Queste spugne, se immerse in soluzioni contenenti lo ione fluoruro in solventi polari aprotici, cambiano colore e questa variazione è tanto evidente da essere percepita ad occhio nudo. Le spugne ottenute sono anche rigenerabili e quindi riutilizzabili. Parte del lavoro di Tesi descritto qui è stato pubblicato in RCS Advances (Appendice A).