Functional polymer adsorbents for wastewater treatment

Nowadays, heavy metals and organic compounds are among the environmental priority pollutants and are becoming one of the most serious environmental problems for their toxicity. The majority of toxic substances in the environment are produced globally through any anthropogenic activity, above all industrial processes. They are discharged reaching air, water and food sources and they may be accumulated in the human body causing health disorders. Due to the excessive presence of them in water supplies, more restrictive limits have been recently defined. As a consequence, new and more efficient technologies are required to support conventional processes to purify wastewater as chemical precipitation, flotation, ion exchange, membrane separation, adsorption, etc. and to improve removal efficiencies according to the new standard limits. A wide range of innovative and low-cost adsorbents for the removal of heavy metals and organic compounds have been studied worldwide to improve the adsorption method. This thesis work focuses on the production of stable and functionalized polymers able to improve the adsorption of heavy metals and organic compounds in wastewater reducing the costs and increasing the biocompatibility compared to the traditional adsorbents. In order to produce efficient adsorbent, different aspects are investigated. The optimization of the adsorbent composition and performance in the removal are analysed in different pollutant solutions. In order to identify the field of application, the influence of water characteristics as pH and process parameters like initial concentrations are studied. Finally, easy and fast methods to regenerate the system are investigated to scale up this process to industrial level.

I metalli e i composti organici sono tra i principali inquinanti ambientali. A causa della loro tossicità sono diventati uno dei più grandi e seri problemi di inquinamento negli ultimi anni. La maggior parte di queste sostanze tossiche presenti nell’ambiente sono prodotte da qualsiasi attività antropogenica soprattutto dai processi industriali. Gli inquinanti prodotti raggiungono l’aria, le risorse d’acqua e le risorse alimentari accumulandosi così nel corpo umano e provocando problemi alla salute. A causa dell’eccessiva presenza di queste sostanze nelle risorse idriche, sono state emanate delle nuove leggi per controllare e limitare lo scarico di metalli pesanti o inquinanti organici. Di conseguenza, è aumentata la ricerca e lo sviluppo di nuove ed efficienti tecniche in grado di rimuove gli inquinanti dall’acque per migliorare così i trattamenti convenzionali come lo scambio ionico, la precipitazione chimica o l’adsorbimento. In tutto il mondo, si cercano e si studiano delle nuove ed economiche sostanze adsorbenti capaci di rimuovere metalli pesanti e composti organici, rendendo l’adsorbimento un metodo più efficace per purificare le acque inquinate. Questa tesi si concentra sulla produzione di polimeri, stabili e capaci di migliorare l’adsorbimento di metalli pesanti e composti organici nelle acque inquinate riducendo i costi di produzione e aumentando la biocompatibilità rispetto ad altri materiali adsorbenti. Sono stati indagati diversi aspetti, così da creare una sostanza adsorbente con una elevata efficienza. Lo scopo è stato ottimizzare la composizione e la performance del materiale adsorbente in diverse sostanze inquinanti. Per valutarne il campo di applicazione, si è studiata l’influenza delle caratteristiche dell’acqua come il pH e altri parametri di processo come la concentrazione iniziale. Infine, si sono cercati diversi metodi di rigenerazione in modo da spostare anche a livello industriale l’uso di questi nuovi polimeri.