Titolo della tesi: Development of In-Situ Treatment Processes for the Sustainable Remediation of PFAS-Contaminated Groundwater
Nel campo della bonifica ambientale, i contaminanti emergenti rappresentano una sfida significativa a causa della loro persistenza, delle proprietà chimiche diversificate e dell'efficacia limitata dei metodi di trattamento convenzionali. Tra questi, le sostanze per- e polifluoroalchiliche (PFAS) si distinguono come una classe particolarmente preoccupante di composti organici sintetici altamente fluorurati, ampiamente utilizzati in applicazioni industriali e di consumo grazie alla loro stabilità termica e chimica, idrofobicità e proprietà tensioattive. Tuttavia, la loro persistenza nell'ambiente, l'elevata mobilità nell'acqua e i potenziali effetti tossici—compreso il disturbo endocrino, la carcinogenesi e l'immunotossicità—hanno suscitato preoccupazioni a livello globale. Le agenzie regolatorie negli Stati Uniti e in Europa hanno imposto limiti rigorosi alle concentrazioni di PFAS nell'acqua potabile, aumentando l'urgenza di tecnologie di bonifica efficaci. I metodi di trattamento convenzionali, come l'adsorbimento su carboni attivi, l'osmosi inversa, le resine a scambio ionico e i processi di ossidazione avanzata, hanno mostrato limitazioni, in particolare nell'eliminazione dei PFAS a catena corta, che presentano una minore affinità di adsorbimento e una maggiore mobilità nell'acqua.
In questa ricerca, è stato esaminato il biochar derivato dalla pirolisi del legno di pino come alternativa economica e sostenibile per la rimozione dei PFAS. Il biochar è stato studiato a diverse temperature di pirolisi (850°C e 1000°C) ed è stato modificato attraverso funzionalizzazione con un tensioattivo ammonico quaternario (CTAB) per migliorare la capacità di adsorbimento. La ricerca si è concentrata sia sui PFAS a catena lunga (ad esempio, PFOA, PFOS) che su quelli a catena corta/intermedia (ad esempio, PFBA, PFBS, PFHxA, PFHxS) per valutare in modo completo le prestazioni di adsorbimento. Gli esperimenti di adsorbimento sono stati condotti utilizzando un sistema di reattore a flusso continuo, un approccio ibrido tra studi a batch e a colonna, che fornisce una valutazione dinamica e riproducibile dell'efficienza di adsorbimento in condizioni controllate. Questa configurazione ha permesso un confronto diretto tra il biochar e il carbonio attivo convenzionale, dimostrando il potenziale del biochar nel superare le limitazioni osservate nelle tecnologie di trattamento esistenti.
Lo studio ha anche esaminato gli effetti della struttura molecolare dei PFAS, dell'idrofobicità e delle variazioni dei gruppi funzionali sull'efficienza dell'adsorbimento, nonché l'impatto delle interazioni competitive in soluzioni miste di PFAS. I risultati evidenziano il potenziale del biochar come alternativa valida per la bonifica dei PFAS, con implicazioni per le applicazioni di trattamento dell'acqua su larga scala. Ottimizzando le condizioni di pirolisi e la funzionalizzazione della superficie, il biochar potrebbe diventare un adsorbente ecologico ed economico in grado di mitigare la contaminazione da PFAS in diverse matrici acquatiche.