Rimozione sostenibile dei coloranti dalle acque reflue industriali utilizzando biosorbenti derivati da alghe marine e compositi ibridi a base di MOF

Trasformare acque colorate in acqua limpida

Dai vestiti che indossiamo alle lenzuola dei nostri letti, i tessuti si avvalgono di coloranti sintetici luminosi che spesso finiscono in fiumi e acque costiere. Anche piccole quantità di questi coloranti possono bloccare la luce, danneggiare la vita acquatica e possono contenere sostanze tossiche o legate al cancro. Questo studio esplora se comuni alghe marine e un materiale poroso moderno possano lavorare insieme come metodo più delicato e sostenibile per rimuovere il colore dalle acque reflue industriali prima che raggiungano l’ambiente.

Perché i coloranti tessili sono difficili da eliminare

I coloranti reattivi sono popolari nelle fabbriche tessili perché si legano saldamente alle fibre, restano vivaci dopo molti lavaggi e si sciolgono facilmente in acqua. Queste stesse caratteristiche diventano un problema quando l’acqua carica di colorante viene scaricata. I trattamenti convenzionali come la coagulazione chimica, l’ossidazione avanzata o i filtri a membrana possono essere costosi, ad alta intensità energetica e possono generare nuovi rifiuti. Gli autori si sono concentrati su tre coloranti ampiamente usati — giallo, rosso e blu — come rappresentanti delle miscele complesse presenti negli effluenti reali. L’obiettivo era confrontare materiali biologici a basso costo con un adsorbente avanzato nelle stesse condizioni, per capire quali opzioni offrano una pulizia efficace a costi ragionevoli e con effetti ambientali minimi.

Le alghe come spugna naturale per i coloranti

I ricercatori hanno raccolto due tipi di macroalghe marine, Ulva fasciata (un’alga verde a forma di foglio) e Pterocladia capillacea (un’alga rossa), dalla costa mediterranea dell’Egitto. Hanno testato sia pezzi freschi e ancora vivi sia forme essiccate e polverizzate. Quando miscelate con acqua colorata, le alghe hanno progressivamente estratto le molecole di colorante dal liquido e le hanno trattenute sulle loro superfici. Questo avveniva principalmente tramite attrazione tra cariche opposte e tramite legami deboli come i legami a idrogeno. Le alghe essiccate hanno costantemente mostrato prestazioni migliori rispetto a quelle fresche, raggiungendo in alcuni casi una rimozione del colorante superiore al 90%. L’essiccazione aumenta l’area superficiale ed espone più siti di legame, rendendo la biomassa più facile da conservare, maneggiare e dosare — caratteristiche importanti per sistemi di trattamento pratici.

Un cristallo poroso high‑tech si unisce al gruppo

Accanto alle alghe, il team ha sintetizzato un quadro metal‑organico a base di zirconio noto come UiO‑66‑NH₂. Questo materiale si comporta come una spugna rigida composta da nodi metallici collegati da molecole organiche, costellata di pori piccoli e uniformi. I gruppi amminici sulla sua superficie portano carica positiva in acqua acida e possono attrarre molecole di colorante cariche negativamente. I test hanno mostrato che questo framework ha una capacità molto elevata di trattenere i coloranti, con efficienze di rimozione oltre il 95% in condizioni ottimizzate. È rimasto stabile in acqua e poteva essere riutilizzato più volte, sebbene le sue prestazioni siano lentamente diminuite con cicli ripetuti poiché alcuni pori si sono otturati o i siti di legame si sono indeboliti.

Cosa controlla l’efficacia della pulizia

Gli scienziati hanno variato con cura diversi fattori pratici: quanto alghe o framework venivano aggiunti, quanto tempo rimanevano a contatto con le acque reflue, quanto erano concentrate le soluzioni di colorante e l’acidità (pH) della soluzione. In tutti i casi, livelli iniziali di colorante più bassi e tempi di contatto più lunghi hanno portato a una rimozione maggiore. Condizioni acide intorno a pH 2 hanno fornito i risultati migliori sia per le alghe sia per il quadro metal‑organico, perché le superfici diventavano cariche positivamente e attiravano fortemente i coloranti carichi negativamente. Per le alghe fresche, quantità maggiori di biomassa miglioravano le prestazioni fino a circa 5 grammi per 100 millilitri d’acqua; per le alghe essiccate, appena 2,5 grammi erano sufficienti per ottenere una rimozione altrettanto elevata. Anche il framework ha mostrato prestazioni migliori all’aumentare del materiale, sebbene i guadagni si stabilizzassero una volta riempiti la maggior parte dei siti accessibili. Quando l’approccio è stato testato su acque reflue tessili reali, sia le alghe sia il framework hanno ridotto nettamente il colore, e il framework in particolare ha dimezzato quasi i livelli di inquinamento organico.

Unire la natura e la scienza dei materiali

Lo studio conclude che alghe marine comuni e cristalli di framework poroso offrono ciascuno percorsi potenti ma complementari per la depurazione delle acque inquinate da coloranti. Le alghe marine essiccate si distinguono come spugne “verdi” economiche, biodegradabili e ampiamente disponibili, mentre il quadro metal‑organico fornisce un materiale altamente efficiente e regolabile che può lucidare l’acqua a livelli di colore molto bassi. Usati da soli o in combinazione, questi adsorbenti possono trasformare effluenti industriali vividamente colorati in acqua molto più limpida con minore uso di sostanze chimiche aggressive. Per i non specialisti, il messaggio chiave è che abbinare la biologia marina con materiali avanzati potrebbe rendere il trattamento delle acque reflue futuro più pulito per il pianeta e più accessibile per le regioni con risorse limitate.

Citazione: Abdel‑Razik, S.A.R., Abdel‑Kareem, M.S., El‑Agawany, N.I. et al. Sustainable dye removal from industrial wastewater using marine algae-derived biosorbents and MOF-based hybrid composites. Sci Rep 16, 11349 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41983-5

Parole chiave: acque reflue industriali, coloranti tessili, alghe marine, quadri organometallici, biosorbimento