Rimozione di nichel da bagni autocatalitici esausti mediante nanoparticelle funzionalizzate

Nickel plating allows to obtain a coating on the surface of an object, improving its functional characteristics (resistance to corrosion) and aesthetics. The waste generated by this process contains nickel, whose removal and recovery are of great interest for environmental and economic reasons. In this thesis the treatment of autocatalytic nickel baths is discussed, as these can only be used for a finite number of cycles. Therefore the recovery of nickel and the treatment of exhausted baths therefore become fundamental in order to obtain an advantageous and sustainable process. Currently, other methods already exist for the treatment of such baths, for example chemical precipitation. The objective of this thesis is to develop a method for the recovery of nickel from waste baths using functionalized magnetic nanoadsorbents, which are easily removable from the solution to be treated through the use of a magnet. The nanoparticles are functionalized with oleic acid, aspartic acid, APTMS and finally with chitosan. These are then mixed with the solution to be treated and separated through a magnet without requiring any other instrumentation, thus making the process very simple. The work done analyzes the pre and post treatment nickel concentrations to determine which is the most effective functionalization for nickel adsorption. The first part of the experiments focused on applying a silica coating to the nanoparticles through a modified Stöber method, in order to protect them from acidic environments and facilitate their functionalization process. The silicated particles showed good behavior, in fact they resisted to a very acid environment. As regards the functionalized magnetic nanoparticles (with oleic acid, aspartic acid and APTMS), satisfactory results were not obtained for the removal of large quantities of nickel. The best result was obtained from the functionalization with aspartic acid by removing 0,4 g/l of nickel from the exhausted bath. The work then continued using a different adsorbent: chitosan. The experiments focused on the production of magnetic gel particles, thus exploiting the magnetic nature of the nanoparticles and the chitosan as an adsorbent. The gels were then divided into 3 samples: gel, dried gel, dried and crushed gel. The results obtained with the gel and the dried gel gave satisfactory results if considering only the chitosan used, reaching even 2 g/l of nickel removed. With regard to the dried and crucshed particles the results obtained are comparable with those obtained from functionalized nanoparticles.

La nichelatura permette di ottenere un rivestimento sulla superficie di un oggetto migliorandone le caratteristiche funzionali (resistenza alla corrosione) ed estetiche. I bagni esausti generati da questo processo contengono nichel, la cui rimozione e recupero sono di grande interesse per motivi ambientali ed economici. Nella fattispecie in questa tesi si discute il trattamento di bagni di nichel autocatalitico, in quanto questi possono essere utilizzati solo per un numero finito di cicli. Il recupero del nichel ed il trattamento dei bagni esausti divengono quindi fondamentali al fine di ottenere un processo vantaggioso e sostenibile. Attualmente esistono già altri metodi per il trattamento di tali bagni, ad esempio la precipitazione chimica. L’obiettivo di questa tesi è quello di sviluppare un metodo per il recupero del nichel dai bagni esausti mediante nanoadsorbenti magnetici funzionalizzati, che sono facilmente removibili dalla soluzione da trattare attraverso l’utilizzo di un campo magnetico. Le nanoparticelle vengono funzionalizzate con acido oleico, acido aspartico, APTMS ed infine con chitosano. Queste vengono quindi miscelate con la soluzione da trattare e separate attraverso un magnete senza richiedere altra strumentazione, rendendo così il processo molto semplice. Nel lavoro svolto vengono analizzate le concentrazioni di nichel pre e post trattamento per determinare quale sia la funzionalizzazione più efficace per l’adsorbimento del nichel. La prima parte della sperimentazione si è concentrata sulla silicatura delle nanoparticelle attraverso un metodo di Stöber modificato, in modo da poterle proteggerle da ambienti acidi e facilitarne il processo di funzionalizzazione. Le particelle silicate mostrano un buon comportamento, sono infatti resistite ad un ambiente molto acido. Per quanto riguarda le nanoparticelle magnetiche funzionalizzate (con acido oleico, acido aspartico e APTMS) non si sono ottenuti dei risultati soddisfacenti per la rimozione di nichel in grandi quantità. Il miglior risultato è stato ottenuto dalla funzionalizzazione con acido aspartico rimuovendo 0,4 g/l di nichel dal bagno esausto. Il lavoro è quindi proseguito utilizzando un adsorbente differente: il chitosano. Gli esperimenti si sono concentrati sulla produzione di particelle di gel magnetici, sfruttando quindi la magneticità delle nanoparticelle ed il chitosano come adsorbente. I gel sono stati poi suddivisi in 3 campioni: gel, gel essiccato, gel essiccato e polverizzato. I risultati ottenuti con il gel ed il gel essiccato ha dato dei risultati soddisfacenti se si considera il solo chitosano utilizzato, raggiungendo anche 2 g/l di nichel rimosso. Per quanto riguarda le particelle essiccate e polverizzate i risultati ottenuti sono comparabili con quelli ricavati delle nanoparticelle funzionalizzate.