Estrazione del torio da sistemi acquosi mediante pannocchie di mais modificate con acido citrico: caratterizzazione, cinetica, termodinamica e meccanismo di adsorbimento

Trasformare i rifiuti agricoli in acqua più pulita

Il torio è un metallo radioattivo impiegato nelle industrie ad alta tecnologia e nella ricerca nucleare, ma quando finisce nelle acque rappresenta un problema ambientale e sanitario. Allo stesso tempo, enormi mucchi di pannocchie di mais vengono bruciati o scartati dopo il raccolto, contribuendo all’inquinamento. Questo studio esplora un modo elegante per affrontare entrambi i problemi: usare una chimica semplice per trasformare le pannocchie residue in un materiale a basso costo capace di estrarre il torio dall’acqua con alta efficienza.

Perché il torio nell’acqua è importante

Il torio si trova naturalmente in rocce e minerali ed è prezioso per usi che vanno da leghe avanzate alla medicina nucleare. L’estrazione e la lavorazione possono però generare rifiuti liquidi contenenti torio e altri metalli. I metodi convenzionali di bonifica spesso si basano su materiali sintetici costosi o su processi complessi. L’idea di questo lavoro è sostituire tali materiali con un “biosorbente” ricavato da rifiuti agricoli, offrendo una via più economica e sostenibile per catturare il torio prima che raggiunga l’ambiente.

Una trasformazione chimica delle pannocchie di mais

I ricercatori hanno raccolto pannocchie di mais scartate da terreni agricoli egiziani e le hanno macinate in una polvere fine. Hanno quindi immerso questa polvere in una soluzione tiepida di acido citrico—lo stesso acido delicato presente nei limoni—e l’hanno riscaldata per avviare una reazione. Questo trattamento ha riorganizzato la superficie delle particelle di pannocchia, aggiungendo numerosi gruppi ricchi di ossigeno in grado di legarsi agli ioni metallici. Microscopia e analisi superficiale hanno mostrato che il materiale trattato, chiamato pannocchia modificata, è diventato molto più ruvido e poroso, con quasi sette volte l’area superficiale della pannocchia grezza, creando molti più siti dove il torio può aderire.

Quanto bene il nuovo materiale trattiene il torio

Per testarne le prestazioni, il team ha miscelato piccole quantità di pannocchia modificata con acqua contenente torio disciolto in diverse condizioni. Hanno scoperto che l’acidità è cruciale: a un pH leggermente acido intorno a 4, le particelle a base di mais risultavano cariche negativamente e attiravano fortemente gli ioni di torio caricati positivamente. In queste condizioni, il materiale ha rimosso circa il 90 percento del torio in soli 25 minuti usando solo un grammo per litro d’acqua. Esperimenti su una gamma di concentrazioni di torio hanno mostrato che la superficie si saturava in modo ordinato, in uno strato singolo, e i calcoli hanno indicato una elevata capacità massima di carico di quasi 200 milligrammi di torio per grammo di adsorbente—competitiva o superiore rispetto a molti altri materiali naturali riportati.

Cosa accade a livello microscopico

Strumenti spettroscopici avanzati hanno offerto una finestra sul processo di legame. I gruppi carbossilici e idrossilici aggiunti sulla pannocchia modificata hanno spostato le loro firme elettroniche una volta che il torio si è legato, segno che formano legami chimici veri e propri piuttosto che trattenere gli ioni in modo lasso sulla superficie. Il modo in cui l’assorbimento è cambiato nel tempo corrispondeva a un modello cinetico generalmente associato alla chemisorzione, il che significa che il torio viene catturato attraverso interazioni specifiche e relativamente forti. L’analisi termodinamica ha mostrato che il processo è spontaneo e che tende leggermente a favorire temperature più alte, suggerendo che un riscaldamento moderato può migliorare ulteriormente la rimozione.

Uso, rilascio e riutilizzo del filtro a base di mais

Per qualsiasi tecnologia di bonifica pratica, la possibilità di recuperare sia l’inquinante sia il materiale filtrante è fondamentale. Qui, la polvere di pannocchia caricata di torio è stata risciacquata con una soluzione diluita di acido nitrico, che ha rilasciato circa il 94 percento del torio catturato sotto forma liquida per un potenziale recupero. La stessa partita di pannocchia modificata è stata poi riutilizzata più volte in soluzioni fresche di torio. Anche dopo cinque cicli di adsorbimento–desorbimento, ha ancora rimosso oltre l’80 percento del torio, dimostrando che il materiale è robusto e può essere riciclato senza una perdita significativa di prestazioni.

Da rifiuto di campo a risorsa utile

In termini semplici, lo studio mostra che un sottoprodotto agricolo economico e abbondante può essere trasformato in una “spugna” efficiente per metalli radioattivi nell’acqua usando un comune acido alimentare. Le pannocchie trattate catturano il torio in modo rapido e tenace, funzionano bene in condizioni debolmente acide e possono essere rigenerate con un leggero lavaggio acido, rendendole promettenti per la depurazione di effluenti industriali o minerari. Questo approccio trasforma ciò che una volta era fonte di fumo e rifiuto in uno strumento pratico per proteggere le risorse idriche e permettere al contempo un recupero più sicuro del prezioso torio.

Citazione: Attia, R.M. Extraction of thorium from aqueous system using citric acid modified corn cob: characterization, kinetics, thermodynamics and adsorption mechanism. Sci Rep 16, 14636 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-47530-6

Parole chiave: rimozione del torio, adsorbente da pannocchia di mais, trattamento delle acque reflue, <keyword>modifica con acido citrico