FOTODEGRADAZIONE DI COLORANTI INDUSTRIALI

L. Campanella, I. Giardina, M.P. Sammartino, G. Visco

Dipartimento di Chimica, Università “La Sapienza”,
P.le Aldo Moro 5, 00185 ROMA.

La moderna risposta al problema dell'inquinamento è nella codificazione delle iniziative da promuovere per ottenere il risanamento dell'ambiente. Esistono in tal senso leggi nazionali, norme comunitarie e convenzioni internazionali, che prevedono specifici interventi tendenti ad una corretta gestione delle risorse ambientali. 
In Italia, per quanto riguarda le acque, rispetto alla legge Merli che permetteva l'immissione nell'ambiente di sostanze tossiche purché al di sotto di determinate concentrazioni, ora non è più possibile smaltire nell'ambiente alcuna sostanza senza che prima sia stata resa non nociva. Stringente, quindi, è la necessità di trovare tecniche di risanamento di corpi idrici inquinati.
Fra le acque di scarico industriali, quelle colorate provenienti, in maggior parte, da industrie tessili sono fra le più difficili da trattare, sia perché la diversità dei coloranti usati nei processi di tintura ne rende la composizione molto complessa, sia e soprattutto perchè i coloranti più utilizzati sono di origine sintetica ed hanno complesse strutture molecolari aromatiche appositamente studiate per conferire loro elevata stabilità alla luce, all'acqua e agli agenti ossidanti.
Studi di fotostabilità su un buon numero di azocoloranti commerciali rivelano che i loro tempi di semivita alla luce del sole sarebbero, generalmente, superiori alle 2000 ore. Da qui la necessità, ove si voglia adottare il metodo fotodegradativo, di accelerarne la cinetica.
La nostra ricerca, per l'appunto, ha avuto come fine quello di valutare l'efficacia della fotodegradazione, assistita da catalizzatori, nel processo di mineralizzazione di tre coloranti organici di sintesi, che trovano, attualmente, impiego nell'industria e per i quali uno studio di questo tipo non risulta essere stato effettuato.
Abbiamo scelto tre azocoloranti in quanto i coloranti azoici rappresentano oltre il 50% della produzione industriale del settore ed è stato evidenziato, in molti studi, un potenziale effetto cancerogeno dovuto, in alcuni casi, ai composti tal quali, ma soprattutto ai loro precursori di sintesi ed alle ammine derivanti dal loro processo degradativo. I tre coloranti prescelti sono due monoazo: il Reactive Violet 5 (RV5) e l'Acid Violet 7 (AV7) e un diazocomposto: l'Acid Blue 29 (AB29) .
La ricerca è stata portata avanti in 3 stadi:
1.	scelta del sistema catalitico ottimale seguendo il processo di decolorazione mediante spettrofotometria nel visibile;
2.	controllo, mediante HPLC, della scomparsa del colorante e dei suoi intermedi di reazione durante la fotodegradazione con il sistema catalitico ottimale;
3.	controllo della mineralizzazione mediante la misura indiretta (ICP) della CO2 prodotta;
La fotodegradazione è stata condotta impiegando, come sorgente radiante, una serie di lampade UV (lmax = 350 nm) e come catalizzatore il biossido di titanio; quest'ultimo è stato utilizzato in membrana, da solo e insieme alla polianilina (polimero conduttore). I risultati sono stati confrontati con quelli ottenuti utilizzando il biossido di titanio in sospensione, da solo o insieme all'ossalato ferroso (usato in letteratura per studi di fotodegradazione in soluzione).
Il sistema catalitico migliore è risultato essere il biossido di titanio in sospensione; con esso, tutti e tre i  coloranti sono stati completamente decolorati, in tempi compresi tra 35 e 45 minuti
L'analisi HPLC ha dimostrato comunque che, a tali tempi sono ancora rilevabili sia i coloranti tal quali che i loro intermedi di reazione, i relativi picchi cromatografici scompaiono invece dopo tempi compresi tra 120 e 150 minuti. 
L'andamento dell'effettiva mineralizzazione, valutata mediante la misura della CO2 prodotta nel processo fotodegradativo ha mostrato che, ai tempi di scomparsa del segnale HPLC, i tre coloranti raggiungono un grado di mineralizzazione tra il 70% e l'80%; tale valore, dopo un'ulteriore ora di irraggiamento, aumenta in modo significativo per i due coloranti monoazo, mentre rimane invariato per il diazo. Ciò può essere imputato alla formazione, nell'ultimo stadio del processo fotodegradativo, di composti difficilmente ossidabili quali acido acetico e acido formico, che comportano un rallentamento del processo e, anche, un possibile avvelenamento del catalizzatore.
Si può, comunque, concludere che il processo fotodegradativo, da noi proposto, può essere efficacemente impiegato, in tempi relativamente brevi e a bassi costi, per il risanamento di reflui industriali contenenti coloranti e costituire una valida alternativa ai metodi finora proposti in letteratura per i tre coloranti studiati. Infatti, il processo fotodegradativo comporta la distruzione dell'inquinante, mentre i metodi basati sull'adsorbimento, oltre ad essere molto costosi, servono solo a concentrare l'inquinante su una matrice che diventa, quindi, un rifiuto solido da smaltire e quelli di biodegradazione, mediante tessuti vegetali o enzimi, richiedono tempi molto lunghi,  generalmente sono specifici per un singolo colorante e, se basati su un meccanismo di biosorbimento, comportano gli stessi problemi dell'adsorbimento.