Valutazione dell'utilizzo di coloranti come proxy dell'adsorbimento su carbone attivo di PFAS in acque tessili

Adsorption on activated carbon is one of the most effective strategies for the removal of emerging contaminants from water, including per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS). However, the experimental study of these compounds is challenging due to their low environmental concentrations and the analytical difficulties associated with their quantification. To overcome these limitations, this research investigated the use of organic dyes as proxies for PFAS, selected based on their pKa and LogKow physicochemical properties. Four dyes were chosen to represent distinct PFAS groups: Acid Red 111 (AR111), Direct Blue 86 (DB86), Eriochrome Black T (EBT), and Methyl Orange (MO). Adsorption was studied under controlled conditions, evaluating the influence of powdered activated carbon (PAC) dose, particle size, and chemical properties on removal efficiency. The adsorption isotherms were modeled using the Freundlich model, while the influence of operational parameters was analyzed through a Design of Experiments (DoE) approach. Results showed that PAC dose is the dominant parameter influencing removal efficiency, while particle size exhibits a quadratic trend, with an optimal range around 10 µm. The analysis of physicochemical parameters highlighted that pKa plays a more significant role than LogKow in adsorption, suggesting that the similarity between dyes and PFAS should be primarily evaluated based on acidity. A comparison with literature data confirmed a strong correlation between the removal efficiencies of dyes and their corresponding PFAS, reinforcing the validity of the adopted experimental approach. These findings provide new insights into the study of PFAS through surrogate molecules, paving the way for future developments in the design of optimized adsorption methods for their removal from water.

L’adsorbimento su carbone attivo rappresenta una delle strategie più efficaci per la rimozione di contaminanti emergenti dalle acque, tra cui i per- e polifluoroalchilici (PFAS). Tuttavia, lo studio sperimentale di tali composti è complesso a causa della loro bassa concentrazione ambientale e delle difficoltà analitiche associate alla loro quantificazione. Per superare queste limitazioni, questa ricerca ha indagato l’uso di coloranti organici come proxy dei PFAS, selezionati sulla base di proprietà chimico-fisiche come pKa e LogKow. Sono stati scelti quattro coloranti rappresentativi di gruppi distinti di PFAS: Acid Red 111 (AR111), Direct Blue 86 (DB86), Eriochrome Black T (EBT) e Methyl Orange (MO). L’adsorbimento è stato studiato in condizioni controllate, valutando l’influenza della dose di carbone attivo in polvere (PAC), della granulometria e delle proprietà chimiche sui processi di rimozione. Le isoterme sono state modellizzate secondo il modello di Freundlich, mentre l’analisi dell’influenza dei parametri operativi è stata condotta tramite Design of Experiments (DoE). I risultati hanno mostrato che la dose di PAC è il parametro dominante nell’efficienza di rimozione, mentre la granulometria presenta un andamento quadratico, con un’ottimizzazione attorno ai 10 µm. L’analisi dei parametri chimico-fisici ha evidenziato che pKa gioca un ruolo più rilevante rispetto a LogKow nell’adsorbimento, suggerendo che la somiglianza tra coloranti e PFAS debba essere valutata principalmente sulla base della loro acidità. Il confronto con la letteratura ha confermato una buona correlazione tra le efficienze di rimozione dei coloranti e quelle dei PFAS corrispondenti, rafforzando la validità dell’approccio sperimentale adottato. Questi risultati forniscono nuove prospettive per lo studio dei PFAS tramite molecole surrogate, ponendo le basi per futuri sviluppi nella progettazione di metodi di adsorbimento ottimizzati per la loro rimozione dalle acque.