Adsorbimento efficiente di perfluorottano sulfonato e acido perfluorobutano sulfonico da soluzioni acquose su granuli di diatomite funzionalizzata con ammine

Perché le sostanze chimiche persistenti nell'acqua sono importanti

Molti prodotti di uso quotidiano — dalle padelle antiaderenti e i contenitori per cibo da asporto alle schiume antincendio — lasciano dietro di sé una classe di composti industriali spesso definiti “sostanze per sempre”. Queste sostanze, note come PFAS, non si degradano facilmente in natura e possono accumularsi nel nostro organismo, dove sono state collegate al cancro, a problemi del sistema immunitario e a disturbi dello sviluppo. Lo studio qui riassunto esplora un materiale filtrante semplice e a basso costo, ottenuto da alghe fossilizzate, che può rimuovere con alta efficienza due PFAS comuni dall’acqua ed essere riutilizzato molte volte.

Un nuovo approccio a un filtro naturale

I ricercatori si sono concentrati sulla terra diatomacea, una polvere formata dai gusci fossili di microscopiche alghe. Da sola, questa materia è economica, abbondante, porosa e già impiegata in alcuni filtri, ma non trattiene i PFAS con sufficiente forza. Per migliorarne le prestazioni, il team ha trasformato la polvere in piccoli granuli e ha rivestito le loro superfici con una molecola contenente gruppi ricchi di azoto in grado di assumere cariche positive. Questi granuli trattati, denominati APTES-DE, offrono numerosi siti attivi che possono attrarre le teste cariche negativamente delle molecole PFAS, mantenendo nel contempo la struttura porosa che consente il passaggio dell’acqua.

Mettere alla prova i granuli

Gli scienziati hanno analizzato i granuli modificati con diversi strumenti di imaging e di analisi superficiale per confermare la presenza del nuovo rivestimento e verificare che i pori interni fossero ancora accessibili. Hanno quindi testato quanto bene APTES-DE potesse rimuovere due composti PFAS largamente rilevati nell’acqua: il PFOS, che ha una catena fluorurata più lunga, e il PFBS, una versione più corta. In esperimenti in batch agitati, i granuli hanno rimosso fino a circa il 92% del PFOS e il 90% del PFBS in condizioni ottimizzate. I dati hanno mostrato che i PFAS formavano più strati sulla superficie irregolare piuttosto che un singolo rivestimento uniforme, coerente con un paesaggio a macchia di siti di legame forti e deboli su ogni granulo.

Come funziona il processo di rimozione

Variando il tempo di contatto, la concentrazione, l’acidità dell’acqua e le condizioni di flusso, il team ha svelato le forze principali dietro la cattura dei PFAS. A pH da debolmente acido a neutro, i gruppi azotati sui granuli si caricano positivamente, attirando le teste caricate negativamente dei PFAS tramite attrazione elettrostatica. Allo stesso tempo, le code fluorurate idrofobe dei PFAS sono attratte dal microambiente relativamente meno acquoso sulla superficie del granulo, aggiungendo una “adesività” dovuta all’idrofobicità. Legami a idrogeno tra PFAS e gruppi superficiali della silice stabilizzano ulteriormente questi agganci. Insieme, queste forze creano una presa forte e cooperativa, specialmente sui PFAS a catena più lunga, che offrono una maggiore superficie idrofoba per ancorarsi ai granuli.

Dal becher di laboratorio alle colonne in flusso

Poiché gli impianti di trattamento reali operano in flusso continuo piuttosto che in vasche statiche, i ricercatori hanno impaccato i granuli APTES-DE in colonne trasparenti e vi hanno pompato acqua contaminata da PFAS. Letti di granuli più alti trattenevano i PFAS per tempi più lunghi, ritardando il momento in cui gli inquinanti iniziavano a comparire allo scarico e aumentando la rimozione complessiva. Portate di flusso più lente hanno inoltre migliorato le prestazioni, dando ai PFAS più tempo per raggiungere e legarsi alle superfici dei granuli. In tutti questi esperimenti, il PFOS si attaccava costantemente con maggiore forza e mostrava un breakthrough più tardivo rispetto al PFBS, sottolineando come la lunghezza della catena influenzi la cattura nei sistemi pratici.

Riutilizzare il filtro più e più volte

Perché un filtro sia utile su scala, deve poter essere pulito e riutilizzato senza perdere molta capacità. In questo caso, i granuli APTES-DE saturi sono stati sciacquati con una miscela di alcol e una soluzione alcalina blanda, che ha allentato i PFAS e li ha eliminati. Dopo cinque cicli di adsorbimento e rigenerazione, i granuli hanno ancora rimosso più del 95% della capacità originale per il PFOS e circa il 96% per il PFBS, mostrando solo lievi diminuzioni. Questa durabilità, unita alle alte efficienze di rimozione e all’uso di un materiale di partenza naturalmente abbondante, suggerisce che la terra diatomacea modificata con ammine potrebbe diventare un’opzione pratica e più sostenibile per eliminare dai corpi idrici i persistenti inquinanti PFAS.

Citazione: Bano, A., Prasad, B., Dave, H. et al. Efficient adsorption of perfluorooctane sulfonate and perfluorobutane sulfonic acid from aqueous solution onto amine-functionalized diatomite granules. Sci Rep 16, 10368 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41388-4

Parole chiave: Rimozione PFAS, purificazione dell'acqua, terra diatomacea, adsorbimento, sostanze per sempre