L’accesso all’acqua potabile è un diritto fondamentale. Tuttavia, non sempre è possibile per tutti a causa dell’inquinamento. Un esempio è l’inquinamento da metalli pesanti come il cadmio. Questi contaminanti, anche a basse concentrazioni, possono avere effetti dannosi per la salute umana e per l’ambiente. Per fortuna esistono trattamenti che permettono di eliminare le sostanze nocive dalle acque, metalli pesanti compresi, rendendole sicure. Ma non sempre sono sufficienti. Per questo motivo la ricerca non si ferma mai e vengono studiati nuovi metodi sempre più efficaci. Prima di vedere come le piante hanno ispirato una nuova tecnica di depurazione delle acque ripassiamo i limiti dei metodi tradizionali.
Le attuali tecniche di depurazione delle acque hanno una capacità di carico limitata. Questo significa che le membrane deputate all’assorbimento dei metalli pesanti, che in questo modo sono eliminati dall’acqua, ne riescono ad assorbire solo una quantità limitata. Diventano sature facilmente e di conseguenza non esplicano più la loro funzione. Inoltre, queste membrane non sono in grado di distinguere tra diversi tipi di ioni e catturano indiscriminatamente sia i metalli pesanti che altri elementi non pericolosi, anzi addirittura benefici.
Servono quindi nuove tecniche di depurazione dell’acqua. Gli autori di un recente studio, pubblicato sulla rivista scientifica Nature Communications, si sono lasciati ispirare dalla natura per sviluppare una nuova tecnica di cattura dei metalli pesanti.
Metalli pesanti nelle acque: la soluzione arriva dalle piante
Le piante producono una proteina, chiamata fitochelatina, che ha la capacità di legare e sequestrare i metalli pesanti in modo altamente selettivo. I ricercatori hanno analizzato la sua struttura per poi sintetizzare in laboratorio dei copolimeri artificiali molti simili e con una forte affinità per il cadmio. Questi copolimeri, ispirati alla fitochelatina, possono assorbire quantità molto maggiori di metalli pesanti rispetto ai materiali usati tradizionalmente. Inoltre, legano il cadmio in modo molto specifico, evitando di catturare altri ioni. Possono anche essere impiegati per trattare grandi volumi d’acqua in tempi rapidi. L’elevata selettività è dovuta alla struttura dei copolimeri e alle interazioni specifiche che riescono a formare con gli ioni metallici.
La capacità di questi copolimeri di legare in modo efficace e selettivo il cadmio li rende dei promettenti candidati per il trattamento delle acque contaminate da metalli pesanti. Infatti, riescono a rimuovere quantità significative di cadmio da grandi volumi d’acqua abbassando i suoi livelli sotto i limiti stabiliti dalle normative per l’acqua potabile.
Le piante ispirano una nuova tecnica di depurazione delle acque: applicazioni e sistemi a flusso continuo
I ricercatori hanno sviluppato dei microreattori a colonna. Si tratta di un sistema a flusso continuo basato su microparticelle di silice, rivestite con i copolimeri, confezionate in una colonna. Questo sistema è in grado di trattare 0,3 litri di acqua contaminata da cadmio in un’ora, raggiungendo la concentrazione consentita per l’acqua potabile.
I ricercatori hanno valutato anche la possibilità di rigenerare i materiali utilizzati. L’acido etilendiamminotetraacetico (EDTA) è una sostanza chelante, in grado di legare e trattenere i metalli pesanti e quindi anche il cadmio legato ai copolimeri. Non a caso, l’EDTA è utilizzato come farmaco chelante nelle intossicazioni da metalli pesanti. Una volta rimosso il metallo pesante, i copolimeri possono essere riutilizzati.
Vantaggi e sviluppi futuri della nuova tecnica di depurazione delle acque ispirata alle piante
I copolimeri ispirati alle piante rappresentano una promettente alternativa per la rimozione selettiva e ad alto rendimento di metalli pesanti dalle acque contaminate. Il sistema proposto offre diversi vantaggi rispetto alla fitodepurazione tradizionale, tra cui una maggiore efficienza di rimozione, una maggiore selettività e una minore dipendenza dalle condizioni ambientali.
Studi futuri potrebbero concentrarsi sull’ottimizzazione del sistema. Ad esempio, variando la composizione del copolimero si potrebbero catturare e rimuovere anche altri tipi di contaminanti.
Bibliografia:
- Nakahata, M., Sumiya, A., Ikemoto, Y. et al. Hyperconfined bio-inspired Polymers in Integrative Flow-Through Systems for Highly Selective Removal of Heavy Metal Ions. Nat Commun 15, 5824 (2024).
Crediti immagini:
- Immagine in evidenza: https://www.pexels.com/it-it/foto/fotografia-di-close-up-di-foglie-con-goccioline-807598/
- Figura 1 : https://www.pexels.com/it-it/foto/fotografia-di-piante-1055379/
- Figura 2 : Nakahata et al., 2024