Sintesi e valutazione di nuovi nanocompositi per la rimozione degli ioni zinco da soluzioni acquose

Perché è importante depurare l'acqua dai metalli

Molte fabbriche e prodotti di uso quotidiano rilasciano tracce di metalli nei fiumi e nelle acque reflue. Lo zinco è uno di questi metalli: il nostro organismo ne richiede piccole quantità, ma a dosi maggiori può nuocere a pesci, piante e persone. Questo studio esplora un materiale nuovo e relativamente semplice che può estrarre l’eccesso di zinco dall’acqua, contribuendo a rendere gli impianti di trattamento più efficaci e convenienti.

Una nuova spugna per i metalli in acqua

I ricercatori hanno creato piccole particelle solide che agiscono come spugne per gli ioni zinco in acqua. Queste particelle sono una miscela di carbonato di bario, aluminate di bario e una piccola quantità di carbonio, fuse insieme in un nanocomposito. Utilizzando una procedura chimica semplice nota come processo Pechini sol–gel, hanno riscaldato il materiale a 600 °C o 800 °C, ottenendo due versioni chiamate BA600 e BA800. Entrambe sono state esaminate con diffrazione a raggi X e microscopi elettronici per rivelare quali cristalli si sono formati, le dimensioni delle particelle e la morfologia delle superfici.

Come la struttura influenza le prestazioni

I due nanocompositi si sono rivelati avere strutture interne e texture diverse. BA600 presentava cristalli più piccoli, maggiore area superficiale e maggior volume di pori, mentre BA800 mostrava grani più grandi e ben formati ma con meno porosità accessibile. Poiché la rimozione dello zinco avviene quando gli ioni si legano a siti attivi sulla superficie, queste differenze erano rilevanti. I test hanno mostrato che BA600 può trattenere fino a circa 124 milligrammi di zinco per grammo di materiale, mentre BA800 raggiunge circa 91 milligrammi per grammo. Le misure del gruppo indicano che lo zinco non si limita a depositarsi superficialmente in modo debole; al contrario forma legami più forti, di natura chimica, con gruppi ricchi di ossigeno sulle particelle.

Trovare il punto ottimale per la rimozione dello zinco

Per capire come utilizzare al meglio il nuovo materiale, gli scienziati hanno variato condizioni come l’acidità, il tempo di contatto, la temperatura e la dose. La rimozione dello zinco migliorava nettamente quando il pH dell’acqua saliva da molto acido verso valori neutri, stabilizzandosi intorno a pH 6, prima che lo zinco iniziasse a precipitare come idrossido. BA600 rimosse lo zinco più rapidamente di BA800, raggiungendo prestazioni stabili in circa un’ora rispetto agli 80 minuti di BA800. Temperature più basse favorivano la rimozione, indicando che il processo è esotermico e funziona meglio in acque più fredde. Quando i ricercatori hanno modellato la copertura dello zinco sulla superficie, il comportamento corrispondeva a uno strato singolo e uniforme di ioni zinco, coerente con siti superficiali ben definiti che si saturano progressivamente.

Riutilizzo, acque reflue reali e competizione

Il team ha anche verificato se il materiale funzionasse in condizioni realistiche. Le particelle caricate di zinco sono state lavate con acido cloridrico, che ha rimosso quasi tutto lo zinco senza dissolvere il materiale stesso. Dopo cinque cicli d’uso e rigenerazione, BA600 manteneva ancora quasi il 70% della sua efficienza iniziale di rimozione, mentre BA800 conservava circa il 45%, segnalando una riutilizzabilità pratica. In presenza di componenti comuni dell’acqua come sodio, calcio o solfato, la rimozione dello zinco diminuiva leggermente, mentre altri metalli come rame e nickel competevano in misura maggiore. Nonostante ciò, BA600 rimaneva l’opzione più selettiva e robusta. In acque reflue di laboratorio reali, contenenti numerosi sali e materia organica, i materiali hanno comunque catturato quantità notevoli di zinco, solo moderatamente inferiori rispetto all’acqua pura.

Cosa significa per acque più pulite

Nel complesso, lo studio mostra che particelle multicomponente progettate con cura possono catturare efficacemente lo zinco da acque contaminate usando una via di sintesi relativamente semplice e controllabile. Sebbene alcuni materiali d’avanguardia possano assorbire ancora più zinco, questo nuovo nanocomposito BaCO3/BaAl2O4/C si distingue per la combinazione di buone prestazioni, sintesi facile e possibilità di rigenerazione e riutilizzo. In termini pratici, BA600 in particolare potrebbe aiutare i futuri sistemi di trattamento a eliminare livelli nocivi di zinco da effluenti industriali e rifiuti di laboratorio, riducendo i rischi per gli ecosistemi e la salute pubblica.

Citazione: Al-Kadhi, N.S., Aljlil, S.A., El-Feky, H.H. et al. Synthesis and evaluation of novel nanocomposites for removal of zinc ions from aqueous solutions. Sci Rep 16, 13889 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-51234-2

Parole chiave: rimozione dello zinco, adsorbente nanocomposito, trattamento delle acque reflue, metalli pesanti, purificazione dell'acqua