Synthesis and characterization of nanostructured cellulose-based sponges for water-decontamination from dyes

The use of nanostructured materials has been recently proposed in the eld of environmental nanoremediation.This approach consists in using nanomaterials not directly, but as building blocks for the design of nano- porous micro-dimensional systems, overcoming the eco- and health- toxicol- ogy risks generally associated with the use of nano-sized technologies. In this work, a nano-structured cellulose-based material was developed as an adsorbent for organic dyes. It consists of a nano-porous sponge composed of TEMPO Oxide Nano Fibers, branched-poyethilenimine and citric acid. Eight di erent formulations were prepared and tested to select the best one both from the performance and from the eco-sustainable point of view. The material's adsorbent e ciency was tested for four organic dyes (Naph- thol Blue Black, Orange II Sodium Salt, Brilliant Blue R, Cibacron Brilliant Yellow) by building isotherm and kinetic models.It's e ciency was also confronted with the e ciency of mesoporous activated carbons and of other cellulose-based materials.An option for the end-of-life treatment was ex- plored and the possibility of regeneration and reuse of the material was ver- i ed. Cellulose-based sponges are a promising material for the adsorption of organic dyes. Its ease of desorption together with its good adsorption capac- ity are interesting features in perspective of an environmentally sustainable application. The study is however in an initial phase and should be deepened in order to develop an industrial system.

Recentemente, l'utilizzo di materiali nanostrutturati è stato introdotto nel campo della boni ca ambientale. In questo ambito ci si propone di uti- lizzare i nanomateriali come elementi di base per la progettazione di sistemi nanoporosi nella microscala, e non direttamente tal quali. In questo modo è possibile superare i rischi tossicologici ambientali e sanitari che possono essere associalti all'uso delle nanotecnologie. Nel corso di questo lavoro di tesi, un materiale nanostrutturato a base di cellulosa è stato svilupppato per l'adsorbimento di coloranti organici. Si tratta di una spugna nanoporosa a base di nanocellulosa ossidata, polietile- nimmina rami cata e acido citrico. Sono state preparate e testate otto for- mulazioni allo scopo di selezionare la migliore considerando sia le prestazioni che l'ecosostenibilità di ciascuna. Le capacità adsorbenti del materiale sono state testate su quattro coloran- ti (Naphthol Blue Black, Orange II Sodium Salt, Brilliant Blue R, Cibacron Brilliant Yellow). A questo scopo sono stati costruite e valutate le cinetiche e le isoterme del materiale per ciascuna tinta. Laa sua e cienza è stata messa a confronto sia con carboni attivi mesoporosi che con altri materiali a base di cellulosa. Si è studiata anche un'opzione per lo smaltimento del materiale e si è veri cata la sua capacità di essere rigenerato e riutilizzato. Le spunge nanoporose a base di cellulosa sono un materiale promettente nel campo dell'adsorbimento dei coloranti organici.La facilità di desorbi- mento mostrata dal materiale insieme alla sua alta capacità adsorbente, sono caratteristiche interessanti nell'ottica di un'applicazione industriale del ma- teriale che sia anche ecosostenibile. Tuttavia, questo studio è nella sua fase iniziale e andrebbe approfondito prima di inserire il materiale in un sistema industriale.