Sintesi e caratterizzazione di carbone attivo ottenuto dal licore nero della bagassa di canna da zucchero modificato con acido acrilico per un miglior rimuovere il cadmio

Trasformare i rifiuti delle cartiere in un purificatore d'acqua

Molti prodotti di uso quotidiano, dalla carta alle batterie, lasciano dietro di sé rifiuti problematici e metalli tossici. Questo studio mostra come un sottoprodotto scuro e maleodorante delle cartiere che trattano la bagassa di canna da zucchero — chiamato licore nero — possa essere trasformato in un filtro potente che rimuove il metallo velenoso cadmio dall'acqua. Valorizzando un flusso di rifiuto in un materiale pulente ad alto valore, il lavoro collega riciclo industriale, acqua potabile più sicura e fiumi più puliti in un'unica soluzione pratica.

Il problema del cadmio e dei rifiuti industriali

Il cadmio è ampiamente usato nelle batterie, nei rivestimenti metallici, nei pigmenti e nelle materie plastiche, ma è altamente tossico e si accumula nell'ambiente e nei nostri organismi. Può danneggiare polmoni, fegato e reni, e si trasferisce lungo la catena alimentare attraverso acqua e suolo. Allo stesso tempo, le cartiere che processano la bagassa producono grandi volumi di licore nero, un liquido scuro ricco di materia organica e minerali che è costoso da trattare e può inquinare i corsi d'acqua se gestito male. L'idea alla base di questa ricerca è semplice ma potente: questo liquido di scarto problematico può essere convertito in un materiale efficiente ed economico per intrappolare il cadmio prima che raggiunga l'ambiente?

Dal liquido scuro a una spugna carboniosa porosa

Gli autori hanno raccolto licore nero da un impianto di sbiancamento a soda che utilizza bagassa di canna da zucchero. Inizialmente lo hanno analizzato e hanno riscontrato che contiene circa il 40% di lignina (un polimero vegetale ricco di carbonio), 30% di ceneri e 25% di olocellulosa, oltre a numerosi gruppi contenenti ossigeno. Questa composizione lo rende un punto di partenza promettente per produrre carbone attivo — una forma altamente porosa di carbonio ampiamente usata nei filtri. Il team ha modificato il licore nero aggiungendo una piccola quantità di acido acrilico in condizioni idrotermali, quindi ha essiccato e riscaldato il solido ottenuto con idrossido di potassio ad alta temperatura in assenza di aria. Questa attivazione chimica ha scavato una densa rete di pori microscopici, trasformando il rifiuto in un materiale nero e simile a una spugna noto come carbone attivo modificato con acido acrilico.

Costruire pori migliori per intrappolare i metalli

Test accurati hanno mostrato quanto profondamente questa modifica chimica abbia rimodellato il materiale. Rispetto al carbone non modificato ottenuto dallo stesso licore, il nuovo carbone aveva circa tre volte l'area superficiale (1541 invece di 500 metri quadrati per grammo) e oltre il triplo del volume totale dei pori. Le immagini al microscopio hanno rivelato che il carbone non modificato presentava superfici relativamente lisce e compatte con aperture limitate, mentre la versione modificata mostrava una rete di pori interconnessi simile a un alveare. Misure a raggi X hanno indicato una struttura carboniosa leggermente più ordinata, e la spettroscopia infrarossa ha confermato che l'acido acrilico ha introdotto numerosi gruppi carbossilici — “ganci” chimici che possono legarsi con ioni metallici carichi positivamente come il cadmio. Questi cambiamenti insieme hanno creato più siti per l'adesione del cadmio e percorsi più facili per il flusso dell'acqua attraverso il materiale.

Quanto bene pulisce il cadmio dall'acqua

Per valutare l'efficacia di questo carbone migliorato, i ricercatori lo hanno esposto ad acqua contenente cadmio su un ampio intervallo di concentrazioni. Il materiale ha rimosso quasi tutto il cadmio a concentrazioni basse e ha continuato a funzionare bene anche con acque fortemente contaminate. Quando i dati sono stati adattati a modelli standard di adsorbimento, la capacità massima ha raggiunto circa 434 milligrammi di cadmio per grammo di carbone — molto superiore rispetto a molti carboni commerciali o precedentemente riportati. La velocità di rimozione del cadmio corrispondeva a un modello tipicamente associato a legami chimici, suggerendo che il cadmio non si limita ad aderire debolmente alla superficie; forma interazioni più forti e specifiche con i gruppi funzionali introdotti dall'acido acrilico. Il processo è risultato anche più favorevole a temperature più elevate ed è rimasto ragionevolmente efficace su diversi cicli di uso e rigenerazione, soprattutto quando si è utilizzata l'acido nitrico per rilasciare il metallo catturato.

Cosa significa per un'industria e acque più pulite

Per i non specialisti, il messaggio chiave è che un liquido di scarto industriale — il licore nero delle cartiere che trattano la bagassa — può essere trasformato in una “spugna per metalli” ad alte prestazioni che cattura il pericoloso cadmio dall'acqua in modo estremamente efficace. Aggiungendo un composto comune (acido acrilico) prima dell'attivazione del carbone, i ricercatori hanno creato un materiale con molte più superfici interne e ganci chimici, portando a una rimozione del cadmio eccezionale. Questo approccio affronta due problemi contemporaneamente: riduce l'onere ambientale e i costi di smaltimento del licore nero e offre uno strumento scalabile ed economico per pulire le acque contaminate. Se ulteriormente sviluppati, materiali di questo tipo potrebbero aiutare comunità e industrie a limitare l'inquinamento da metalli pesanti sfruttando in modo più intelligente i propri flussi di rifiuto.

Citazione: Pourbaba, R., Ashori, A., Abdulkhani, A. et al. Synthesis and characterization of activated carbon from acrylic acid-modified black liquor of sugarcane bagasse for enhanced cadmium removal. Sci Rep 16, 6765 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36827-1

Parole chiave: carbone attivo, licore nero, rimozione del cadmio, trattamento delle acque reflue, bagassa di canna da zucchero