Pirolisi ed attivazione di biomasse lignocellulosiche per la produzione di radicali persistenti al carbonio utilizzati per l’adsorbimento e degradazione ossidativa del blu di metilene ad opera di radicali all’ossigeno.

Abstract

Negli ultimi anni, la ricerca incentrata su materiali ecosostenibili ha portato ad un notevole interesse verso l’uso di biomasse lignocellulosiche per applicazioni ambientali, tra cui la rimozione di inquinanti organici dalle acque. L’attività di tirocinio ha avuto come obiettivo la pirolisi ed attivazione di biomasse lignocellulosiche, al fine di valutarne l’efficacia nell’adsorbimento e degradazione ossidativa del blu di metilene (MB), in seguito al suo processo di pirolisi. Il biochar è stato prodotto mediante pirolisi lenta in atmosfera di N₂ e biossido di carbonio, dovuto al fenomeno dell’attivazione fisica, variando la temperatura massima di trattamento al fine di ottenere differenti campioni con diverse proprietà chimico-fisiche. Durante il decorso delle analisi è stato preso in oggetto solamente il biochar che ha subito il trattamento di attivazione (ABBC) per valutarne l’efficacia e la capacità di adsorbimento-degradazione massima confrontando i dati ottenuti con il biochar privo di tale processo. L’ABBC è stato caratterizzato mediante spettroscopia EPR. I risultati hanno portato alla conclusione che il B400, B500 e B600 possiedono la maggiore concentrazione di radicali persistenti al carbonio (PFR), essenziali per il meccanismo di degradazione ossidativa del MB mediata da specie reattive all’ossigeno (ROS). Sono stati condotti esperimenti di adsorbimento e degradazione in colonna cromatografica con spettroscopia UV-Vis dimostrando che il B400 è il miglior candidato per la rimozione del MB. Un ruolo chiave nelle analisi successive è stato svolto dall’insufflazione di aria sintetica nella soluzione portando ad un incremento dell’efficacia di degradazione del MB. L’aggiunta di H₂O₂ invece ha portato al fenomeno del quenching radicalico tra specie paramagnetiche. Questo studio conferma il potenziale utilizzo futuro del biochar attivato come materiale ecosostenibile per la depurazione delle acque da agenti inquinanti ponendo le basi per le ricerche future.

In recent years, research focused on eco-sustainable materials has led to significant interest in the use of lignocellulosic biomass for environmental applications, including the removal of organic pollutants from water. This internship aimed to study the pyrolysis and activation of lignocellulosic biomass to evaluate its effectiveness in the adsorption and oxidative degradation of methylene blue (MB) following its pyrolysis process.

The biochar was produced through slow pyrolysis in an N₂ and carbon dioxide (CO₂) atmosphere, leveraging the physical activation phenomenon, while varying the maximum treatment temperature to obtain different samples with distinct chemical-physical properties. Throughout the analyses, attention was focused exclusively on the activated biochar (ABBC) to assess its effectiveness and maximum adsorption-degradation capacity, comparing the results with those of non-activated biochar. The ABBC was characterized using Electron Paramagnetic Resonance (EPR) spectroscopy, and the results showed that B400, B500, and B600 contained the highest concentration of persistent free radicals (PFRs), which are essential for the oxidative degradation mechanism of MB mediated by reactive oxygen species (ROS).

Experiments on adsorption and degradation were conducted in chromatographic columns, monitored via UV-Vis spectroscopy, demonstrating that B400 is the best candidate for MB removal. A key role in the subsequent analyses was played by the insufflation of synthetic air into the solution, leading to an increased degradation efficiency of MB. Conversely, the addition of H₂O₂ initially promoted the formation of ROS but subsequently caused a quenching phenomenon between paramagnetic species.

This study confirms the potential future use of activated biochar as an eco-friendly material for water purification from pollutants, laying the groundwork for further research and development in this field.