Nanomateriali derivati da materiali di scarto per applicazioni di self-cleaning e purificazione delle acque inquinate

The primary aim of this study is to employ green chemistry principles in the synthesis of Titanium Oxide Phosphate nanoparticles and Semi-crystalline Nanocellulose derived from waste, with the ultimate purpose of utilizing them for self-cleaning paints and water purification. The first section of the research concerns the synthesis and characterization of the two nanoparticles (NPs) by comparing different methodologies to provide a greener and sustainable approach for the use of waste materials. Specifically, TiO2 NPs are synthesized by processing titanium metal scrap through Green Synthesis (classical method) and Green Combustion (modified method). The obtained NPs are subjected to characterization through UV-vis spectroscopy, X-ray diffraction analysis (XRD), and Scanning Electron Microscopy (SEM), with a subsequent comparison of the results obtained from each of these methods. On the other hand, nanocellulose (NCel) is obtained from tissue paper waste through the acid hydrolysis method and characterized through SEM. The second section refers to the application of the two NPs for self-cleaning applications and wastewater treatment. The main focus is on the effectiveness of the synthesized NPs and NCel regarding the adsorption and the photocatalytic degradation of pollutants in indoor and outdoor finishings (e.g., TiO2-NPs) and water filtration nanoweb (e.g., NCel). Self-cleaning paint with TiOP NPs reached CV removal values of 91.56% in sunlight exposition and 61.86% in visible light exposition (GC 800 and GS 800). PAN/NCel nano-webs showed a maximum percentage of removal of 87.3% for PAN/NCel_10:01 and 94% for PAN/NCel_10:02.

Lo scopo principale di questa ricerca è quello di applicare i principi della “Green Chemistry” nella sintesi di nanoparticelle a base di ossido di titanio e nanocellulosa ottenuti da materiali di scarto, con lo scopo ultimo di utilizzarli in applicazioni riguardanti l’Indoor Air Quality (IAQ) e il trattamento e depurazione delle acque. La prima sezione della ricerca riguarda la sintesi e la caratterizzazione dei due nanomateriali confrontando diverse metodologie per fornire un approccio più green e sostenibile per l'utilizzo dei materiali di scarto. Nello specifico, le nanoparticelle di TiO2 vengono sintetizzate a partire da trucioli di titanio provenienti dalla lavorazione del metallo tramite Green Synthesis (metodo classico) e Green Combustion (metodo modificato). Le particelle ottenute vengono sottoposte a caratterizzazione mediante spettroscopia UV-vis, analisi di diffrazione di raggi X (XRD) e microscopia elettronica a scansione (SEM), con successivo confronto dei risultati ottenuti da ciascuno di questi metodi. Mentre, la nanocellulosa è ottenuta da semplici fazzoletti di carta attraverso la tecnica più comunemente utilizzata di idrolisi acida, e viene successivamente caratterizzata mediante microscopia elettronica a scansione (SEM). La seconda sezione si riferisce, invece, all'utilizzo dei due nanomateriali per applicazioni di self-cleaning e trattamento delle acque inquinate. Il focus è sull'efficacia dei materiali sintetizzati per quanto riguarda l'assorbimento e la degradazione fotocatalitica degli inquinanti nelle finiture interne ed esterne (TiO2-NPs) e nelle membrane per il trattamento e depurazione delle acque (NCel). La vernice autopulente con TiOP NP ha raggiunto valori di rimozione di CV del 91.56% in esposizione alla luce solare e del 61.86% in esposizione alla luce visibile (GC 800 e GS 800). Le membrane PAN/NCel hanno riportato una percentuale massima di rimozione dell'87.3% per PAN/NCel_10:01 e del 94% per PAN/NCel_10:02.