Textile waste upcycling with nanocellulose-based aerogels for water remediation

The extraction of high-performance nanomaterials from textile waste represents a significant approach for resource valorization. Concurrently, the textile industry constitutes a notable source of environmental pollution due to the release of toxic dyes and heavy metals into aquatic systems, leading to adverse impacts on biodiversity and necessitating the implementation of complex and costly water treatment processes. In the present study, nanocellulose-based aerogels were developed from recycled fibers of cotton, viscose, and PET/cellulose blended fabric, and their efficacy was evaluated for the removal of heavy metals and dyes from contaminated water, thereby promoting a circular economy and environmentally sustainable strategy for water remediation. To optimize the extraction of cellulose nanofibers (CNF) from waste materials, various chemical pretreatments were investigated. The fibers underwent TEMPO-mediated oxidation followed by mechanical treatment to achieve nanoscale dimensions. The obtained CNFs were employed as the fundamental component for aerogel synthesis and were combined with a cross-linker and an additional reticulating agent to confer structural stability. Finally, nanocellulose-based aerogels were produced via freeze-drying and thermal treatment. The nanostructured materials were characterized and assessed for their contaminant removal capabilities. Experimental results demonstrated remarkable adsorption performance and efficient removal of heavy metals (Cu²⁺, Fe³⁺, Pb²⁺, Ni²⁺) and dyes. The recycling process of textile waste into highly efficient nanomaterials for wastewater treatment establishes a circular model that not only addresses critical environmental issues but also contributes to the sustainable valorization of waste materials, offering an innovative solution to pressing environmental challenges.

L’estrazione di nanomateriali ad elevate prestazioni a partire da rifiuti tessili rappresenta un approccio significativo per la valorizzazione delle risorse. Contestualmente l’industria tessile costituisce una rilevante fonte di inquinamento ambientale, con il rilascio di coloranti tossici e metalli pesanti nei corpi idrici, provocando impatti negativi sulla biodiversità e imponendo l’adozione di complessi e costosi processi di trattamento delle acque. Nel presente studio sono stati sviluppati aerogel a base di nanocellulosa ottenuta da fibre riciclate di cotone, viscosa e tessuto misto PET/cellulosa e ne è stata valutata l’efficacia nella rimozione di metalli pesanti e coloranti da acque contaminante, promuovendo così una strategia di economia circolare e di sostenibilità ambientale per il trattamento delle acque. Per ottimizzare l’estrazione di nanofibre di cellulosa (CNF) dai materiali di scarto sono stati indagati diversi pretrattamenti chimici. Le fibre sono state TEMPO-ossidate e sottoposte a trattamento meccanico per ottenere dimensioni nanometriche. Le CNF così ottenute sono state impiegate come elemento costitutivo per la sintesi di aerogel e sono state combinate con un reticolante e un reticolante aggiuntivo, conferendo stabilità alla struttura finale. Infine, gli aerogel a base di nanocellulosa sono stati ottenuti mediante liofilizzazione e trattamento termico. I materiali nanostrutturati sono stati caratterizzati e sottoposti a valutazioni delle loro capacità di rimozione di contaminanti. I risultati sperimentali hanno evidenziato prestazioni notevoli in termini di assorbimento e efficiente rimozione di metalli pesanti (Cu²⁺, Fe³⁺, Pb²⁺, Ni²⁺) e coloranti. Il processo di riciclo dei rifiuti tessili in nanomateriali ad alta efficienza per il trattamento delle acque reflue costituisce un modello circolare che non solo affronta problematiche ambientali critiche, ma contribuisce altresì al riutilizzo sostenibile dei materiali di scarto, offrendo una soluzione innovativa alle sfide ambientali.