Nanocellulose-based materials decorated with silver nanoparticles for water decontamination

Water pollution is a serious and urgent problem, for which innovative solutions are needed. Nanomaterials have been recently introduced in the ambit of environmental remediation (nanoremediation). However, despite being promising, the use of nanomaterials involves environmental safety risks linked to their dimensions and to their high reactivity. Therefore, in order to minimize these risks, switching from nano-dimensioned to nano-structured systems is preferable. In this research, starting from cellulose, an eco-friendly biopolymer, different types of nanostructured materials were produced. They consist of hybrid systems of silver nanoparticles deposited onto various cellulose-based substrates, i.e. TEMPO-oxidized cellulose nanofibers or micro-/nano-porous sponge-like scaffolds. Materials were characterized through determination of point of zero charge and FT-IR ATR, ICP-OES, XPS and FESEM analyses. Then, sorption properties of the synthesized materials were tested. Mono-contaminated aqueous solutions of organic sulfonated dyes (Brilliant Blue R, Cibacron Brilliant Yellow) and heavy metals (Cu (II), Cr (III), Ni (II), Zn (II), Cd (II)) were considered. The produced materials showed high adsorption capacities toward heavy metals. Regarding zinc and cadmium, in particular, the presence of silver nanoparticles on the sorbent material determines a significant improvement in adsorption capacity. Given the good performances registered, the synthesized materials result to be particularly promising for metals adsorption, opening the way to a possible integration in wastewater-treatment industrial systems.

L’inquinamento delle acque è un problema grave e urgente, che necessita di soluzioni innovative. I nanomateriali sono stati recentemente introdotti nell’ambito della decontaminazione ambientale (nanoremediation). Tuttavia, benché promettente, l’uso di nanomateriali comporta rischi per la sicurezza ambientale, legati alle loro dimensioni e alla loro alta reattività. Pertanto, per minimizzare tali rischi, è preferibile passare dallo studio di materiali nanodimensionati allo sviluppo di sistemi nanostrutturati. In questa ricerca, a partire da cellulosa, un biopolimero ecocompatibile, sono state prodotte varie tipologie di materiali nanostrutturati: sistemi ibridi costituiti da nanoparticelle d’argento depositate su diversi substrati a base di cellulosa (nanofibre di cellulosa TEMPO-ossidata o spugne micro/nanoporose). La caratterizzazione dei materiali è avvenuta tramite misurazione del punto di carica zero e analisi FT-IR ATR, ICP-OES, XPS e FESEM. I materiali ottenuti sono poi stati utilizzati per svolgere prove di assorbimento di coloranti organici solfonati (Brilliant Blue R, Cibacron Brilliant Yellow) e metalli pesanti (Cu (II), Cr (III), Ni (II), Zn (II), Cd (II)) in soluzione acquosa. I materiali prodotti hanno mostrato soddisfacenti capacità di adsorbimento di metalli pesanti. In particolare, per cadmio e zinco, la presenza di nanoparticelle d’argento determina un netto incremento delle capacita di adsorbimento del materiale. Sulla base dei buoni risultati ottenuti, i materiali prodotti appaiono particolarmente promettenti per l’adsorbimento di metalli e, in futuro, potrebbero essere integrati in sistemi industriali di trattamento delle acque.