Le microplastiche rappresentano una grande minaccia per la salute umana. Questi minuscoli detriti di plastica possono entrare nel nostro corpo attraverso l'acqua che beviamo e aumentare il rischio di malattie. Sono anche un pericolo per l'ambiente: presenti anche in aree remote come le calotte polari e le trincee oceaniche profonde, mettono in pericolo le forme di vita acquatiche e terrestri. Per combattere questo inquinante emergente, i ricercatori dell'Indian Institute of Science (IISc) hanno progettato un idrogel sostenibile per rimuovere le microplastiche dall'acqua.
Idrogel per rimuovere le microplastiche
Il materiale presenta una rete di polimeri intrecciati unica nel suo genere, in grado di legare i contaminanti e di degradarli grazie all'irradiazione di luce UV. In passato gli scienziati avevano provato a utilizzare membrane filtranti per rimuovere le microplastiche, che avevano però lo svantaggio di "intasarsi" con il passaggio delle minuscole particelle. Il team dell'IISc guidato da Suryasarathi Bose, professore presso il Dipartimento di Ingegneria dei Materiali, ha invece deciso di ricorrere agli idrogel 3D.
Il nuovo prodotto sviluppato dal team è costituito da tre diversi strati di polimeri – chitosano, alcol polivinilico e polianilina – intrecciati tra loro, formando un'architettura a rete polimerica interpenetrante (IPN). Il team ha infuso questa matrice con nanocluster di un materiale chiamato poliossometalato sostitutivo del rame (Cu-POM). Questi nanocluster sono catalizzatori in grado di utilizzare la luce Uv per degradare le microplastiche.
Idrogel sostenibile
La combinazione di polimeri e nanocluster ha dato vita a un idrogel sostenibile e forte, in grado di assorbire e degradare grandi quantità di microplastiche. La maggior parte delle microplastiche è il prodotto di una degradazione incompleta di plastiche e fibre domestiche. Per imitare questo fenomeno in laboratorio, il team ha frantumato i coperchi dei contenitori per alimenti e altri prodotti di plastica di uso quotidiano per creare due delle microplastiche più comuni esistenti in natura: il cloruro di polivinile e il polipropilene.
"Oltre al trattamento o alla rimozione delle microplastiche, un altro problema importante è la loro individuazione. Trattandosi di particelle molto piccole, non è possibile vederle a occhio nudo", spiega Soumi Dutta, primo autore dello studio pubblicato su Nanoscale e borsista nazionale Serb presso il Dipartimento di ingegneria dei materiali. Per risolvere questo problema, i ricercatori hanno aggiunto un colorante fluorescente alle microplastiche per monitorare la quantità assorbita e degradata dall'idrogel in diverse condizioni.
Rimuovere le microplastiche
"Abbiamo verificato la rimozione delle microplastiche a diversi livelli di pH dell'acqua, a diverse temperature e a diverse concentrazioni di microplastiche", spiega Dutta. L'idrogel si è rivelato altamente efficiente: è riuscito a rimuovere circa il 95% e il 93% dei due diversi tipi di microplastiche in acqua a un pH quasi neutro (∼6,5). Il team ha inoltre condotto diversi esperimenti per verificare la resistenza e la durata del materiale e ha scoperto che la combinazione dei tre polimeri lo rendeva stabile a varie temperature.
"Volevamo creare un materiale più sostenibile e che potesse essere usato ripetutamente", spiega Bose. L'idrogel può durare fino a cinque cicli di rimozione delle microplastiche senza una significativa perdita di efficacia. Inoltre, sottolinea Bose, una volta esaurito il suo utilizzo, l'idrogel può essere riutilizzato in nanomateriali di carbonio in grado di rimuovere metalli pesanti come il cromo esavalente dall'acqua inquinata. In futuro, i ricercatori intendono lavorare con i loro collaboratori per sviluppare un dispositivo che possa essere utilizzato su larga scala per aiutare a ripulire le microplastiche da varie fonti d'acqua.