Un filtro elettroattivo dual-functional verso l'ossidazione e il sequestro simultanei di Sb(III)

Recentemente, l’inquinamento ambientale causato dall’antimonio emergente (Sb) ha attirato molta attenzione^1,2. Studi approfonditi dimostrano che i composti Sb pongono un’elevata tossicità per l’uomo e i microrganismi, anche se presenti in basse concentrazioni nell’ambiente^3,4. Ancora peggio, i metodi fisici o biologici convenzionali sono di solito inefficaci per rimuovere questi contaminanti emergenti a causa delle loro basse concentrazioni e^{dell’elevata}tossicità 5 . Le specie più abbondanti di Sb sono Sb(V) e Sb(III), di cui quest’ultima forma è più tossica.

Tra i metodi di trattamento attualmente disponibili, l’adsorbimento è creduto per essere un’alternativa promettente e fattibile a causa della sua alta efficienza, basso costo, e semplicità^6,7. Fino ad ora, sono stati sviluppati diversi sorbenti su nanoscala con microstrutture regolabili, grandi superfici specifiche e specificità Sb, come TiO₂⁸, MnO₂⁹, titanato¹⁰, ferro zerovalente¹¹, ossidi di ferro e altri ossidi metallici binari^12,13. Un problema comune quando si tratta di adsorbenti su nanoscala è il problema post-separazione dovuto alle loro piccole dimensioni di particelle. Una strategia per risolvere questo problema consiste nel caricare questi nanosorbenti su supporti macro/microscala¹⁴. Un’altra questione impegnativa che limita l’ampia applicazione della tecnologia adsorvanistica è la scarsa concentrazione di composti/molecole bersaglio¹⁵. Questo problema può essere parzialmente affrontato adottando una progettazione e una convenzione della membrana potrebbe migliorare significativamente il trasporto di massa. Recenti sforzi sono stati dedicati allo sviluppo di sistemi di trattamento avanzati che combinano adsorbizione e ossidazione in un’unica unità per una rimozione efficace di Sb(III). Qui, mostriamo come un nanotubi elettroattivo titanato-carbonio (titanate-CNT) sia stato progettato e applicato razionalmente per l’adsorbimento e il sequestro di Sb(III) tossici. Ottimizzando la quantità di carico in titanato, la tensione applicata e la portata, dimostriamo come la velocità di ossidazione di Sb(III) e l’efficienza del sequestro possano essere adattate in modo corrispondente. Anche se la fabbricazione e l’applicazione del filtro elettroattivo è mostrata in questo protocollo, disegni simili possono applicarsi anche al trattamento di altri ioni metallici pesanti.

Cambiamenti minori nel processo di fabbricazione e reagenti possono causare cambiamenti significativi nella morfologia e nelle prestazioni del sistema finale. Ad esempio, il tempo idrotermale, la temperatura e la purezza chimica hanno dimostrato di influenzare le microstrutture di questi adsorbenti su nanoscala. La portata della soluzione adsorbate determina anche il tempo di residenza all’interno di un sistema di flusso e l’efficienza di rimozione dei composti bersaglio. Con una chiara identificazione di questi parametri di impatto chiave, è possibile garantire un protocollo di sintesi riproducibile e ottenere un’efficienza di rimozione stabile di Sb(III). Questo protocollo mira a fornire un’esperienza dettagliata sulla fabbricazione di filtri ibridi a doppio funzionamento e sulle loro applicazioni verso la rimozione di ioni metallici pesanti tossici in modo flusso.