Rimozione di Sr (II) da soluzioni acquose per adsorbimento mediante resina Amberlite XAD-7 impregnati con l'estrattante TOPO

Perché è importante eliminare questo pericolo nascosto

Lo stronzio radioattivo è una minaccia invisibile che può persistere nell'ambiente per decenni dopo incidenti nucleari o una gestione inadeguata dei rifiuti. Una volta nell'acqua potabile, si comporta come il calcio e può accumularsi nelle ossa, aumentando il rischio di tumori. Questo studio esplora un metodo promettente per estrarre lo stronzio dall'acqua in modo più efficiente, usando piccole sfere polimeriche rivestite con una sostanza chimica specifica. Il lavoro indica direzioni più sicure e praticabili per trattare acque contaminate provenienti da centrali nucleari, strutture mediche e siti di rifiuti storici.

Una nuova versione delle sfere purificanti

Molti impianti di trattamento dell'acqua già si affidano a piccole sfere di resina che agiscono come spugne per metalli indesiderati. Gli autori si concentrano su uno di questi materiali, una resina commerciale chiamata Amberlite XAD-7. Da sola, questa resina può catturare una parte dello stronzio, ma il gruppo ha lavorato per migliorarne le prestazioni caricandola con un estrattante liquido noto come TOPO, una molecola che lega molto bene gli ioni metallici. Immergendo la resina in una soluzione di TOPO e poi asciugandola, hanno creato “resine impregnate con solvente”, in cui ogni granulo combina i punti di forza di un filtro solido e di un solvente liquido in un materiale riutilizzabile.

Come le sfere potenziate catturano lo stronzio

Per verificare che il TOPO fosse effettivamente legato e svolgesse un ruolo nella cattura, i ricercatori hanno esaminato le sfere prima e dopo il trattamento. La spettroscopia infrarossa ha confermato la comparsa di segnali chimici attribuibili al rivestimento di TOPO, e questi segnali si sono attenuati dopo l'esposizione allo stronzio, coerente con un legame attivo. Immagini al microscopio elettronico hanno mostrato che l'impregnazione ha trasformato la superficie da liscia e compatta a ruvida e più aperta, con pori che si riempiono dopo l'adsorbimento dello stronzio. Questi cambiamenti supportano l'idea che gli ioni stronzio si spostino nei pori della resina e si leghino alle superfici rivestite, con il telaio polimerico e lo strato di TOPO che contribuiscono entrambi a trattenerli.

Trovare il punto ottimale per le migliori prestazioni

Il gruppo ha quindi studiato come diverse condizioni influenzano la quantità di stronzio che le sfere possono rimuovere. L'acidità si è rivelata cruciale: a pH molto basso, gli ioni idrogeno affollano la superficie e ostacolano lo stronzio, mentre a pH più elevati il metallo può parzialmente convertire in forme che interagiscono più facilmente con il TOPO. L'efficienza di rimozione ha raggiunto il picco in condizioni lievemente acide fino a quasi neutre (pH 6) e è diminuita nuovamente se la soluzione diventava troppo basica, dove lo stronzio può iniziare a formare particelle solide invece di restare disciolto. Hanno anche osservato che un aumento della quantità di TOPO sulla resina incrementa notevolmente la quantità di stronzio catturata, e che la maggior parte della rimozione avviene nella prima ora di contatto, con l'equilibrio completo raggiunto dopo circa quattro ore.

Cosa dicono i numeri sulla capacità

Per tradurre i risultati sperimentali in prestazioni pratiche, i ricercatori hanno applicato modelli standard usati per descrivere quanto contaminante un materiale può trattenere. I dati dipendenti dal tempo corrispondevano a un cosiddetto andamento cinetico di secondo ordine, spesso associato a interazioni più forti e specifiche tra il solido e gli ioni disciolti. Esaminando come la capacità cambiava con l'aumentare della concentrazione di stronzio, il comportamento si è adattato a un modello in cui le sfere sono ricoperte da un singolo strato ordinato di ioni su siti ben definiti. Nelle migliori condizioni, l'Amberlite XAD-7 caricata con TOPO ha raggiunto un assorbimento massimo di circa 65,79 milligrammi di stronzio per grammo di resina — sostanzialmente superiore alla resina non trattata e competitivo con molti altri materiali avanzati riportati in letteratura.

Cosa significa per acque più sicure

Per un pubblico non specialista, il messaggio chiave è che gli autori hanno trasformato una comune sfera purificante in una trappola più potente e mirata per lo stronzio radioattivo rivestendola con un liquido selettivo per metalli. Le sfere potenziate funzionano meglio in condizioni prossime al neutro, catturano lo stronzio relativamente rapidamente e possono trattenere quantità significative prima di saturarsi. Pur restando questioni aperte su costi e applicazione su larga scala, lo studio mostra che questo progetto ibrido solido–liquido è un forte candidato per il trattamento delle acque reflue radioattive e per contribuire a ridurre i rischi sanitari a lungo termine dovuti ai contaminanti nucleari persistenti.

Citazione: Khani, M.H., Khamseh, A.A.G. Removal of Sr (II) from aqueous solutions by adsorption using amberlite XAD-7 resin impregnated with TOPO extractant. Sci Rep 16, 8067 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39402-w

Parole chiave: rimozione dello stronzio, acque reflue radioattive, resina adsorbente, resina impregnati con TOPO, purificazione dell'acqua