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Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13886 (2023) Citare questo articolo

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I coloranti tossici nei corpi idrici e i batteri patogeni pongono gravi sfide globali alla salute umana e all’ambiente. Le nanoparticelle di ossido di zinco (ZnO NP) dimostrano una notevole potenza fotocatalitica e antibatterica contro coloranti reattivi e ceppi batterici. In questo lavoro, le NP PVP-ZnO sono state preparate tramite il metodo della co-precipitazione utilizzando polivinilpirrolidone (PVP) come tensioattivo. La microstruttura e la morfologia delle NP sono state studiate utilizzando la diffrazione di raggi X (XRD), avente una dimensione di 22,13 nm. L'analisi al microscopio elettronico a trasmissione ad alta risoluzione (HR-TEM) e al microscopio elettronico a scansione a emissione di campo (FESEM) ha mostrato NP PVP-ZnO di forma sferica con sizer compreso tra 20 e 30 nm. La spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier (FT-IR) ha confermato la natura ibrida delle NP e la spettroscopia UV-Vis ha mostrato un picco di assorbimento a 367 nm. Le NP PVP-ZnO hanno mostrato un'elevata attività fotocatalitica, ottenendo una degradazione dell'88% e quasi il 95% del colorante azoico reattivo rosso-141 con dosaggi di catalizzatore di 10 mg e 20 mg, rispettivamente. Le proprietà antibatteriche delle NP sono state dimostrate contro Escherichia coli e Bacillus subtilis, con zone di inibizione di 24 mm e 20 mm, rispettivamente. Questi risultati suggeriscono che le NP PVP-ZnO possono essere utilizzate efficacemente per il trattamento dell’acqua, prendendo di mira sia i coloranti che i contaminanti patogeni.

L'industria tessile ha recentemente attirato molta attenzione a causa dei numerosi coloranti che presentano effetti velenosi e cancerogeni su tutte le specie tropicali. Inoltre, i coloranti contenenti prodotti di scarto di altre aziende che producono alimenti, lavorano la pelle, producono carta, stampano, utilizzano vernici e cosmetici comportano seri rischi ambientali a causa della loro fuoriuscita nelle acque dolci. Tra tutti gli effluenti dei coloranti, i coloranti azoici sono i più popolari e piuttosto pericolosi. Sono molecole aromatiche complesse e, in generale, la struttura del colorante è stabile1,2,3,4. Poiché la loro degradabilità limitata e la degradazione incompleta del colorante hanno portato alla formazione di numerosi composti tossici, sono quindi resistenti alle tecniche di gestione delle acque reflue8. Tra i vari coloranti azoici, il colorante azoico reattivo rosso-141 è ampiamente utilizzato nelle industrie tessili ed è stato segnalato come il più pericoloso per l'ambiente e la salute umana. Pertanto, è diventata importante la rimozione immediata di questi coloranti dalle fonti d’acqua naturali.

Adsorbimento, separazione tramite membrana, coagulazione fisica e chimica, processi di ossidazione avanzata (AOP) e biodegradazione sono alcuni dei metodi riportati per il trattamento delle acque reflue5. Tuttavia, grazie ai vantaggi derivanti dal minimo apporto energetico, dalla semplicità di funzionamento, dalla pulizia e dall’efficienza, la tecnologia della fotocatalisi dei semiconduttori è stata ampiamente utilizzata per degradare gli inquinanti e decomporre l’acqua per produrre idrogeno6,7. L'ossidazione fotocatalitica ha raccolto un'attenzione significativa nella ricerca sulla protezione ambientale, principalmente per la sua utilità nella fotodegradazione degli inquinanti organici. Questa tecnologia offre numerosi vantaggi notevoli, tra cui il rapporto costo-efficacia in termini di spese operative, l’eccezionale efficacia nella rimozione di composti chimici complessi, l’assenza di dipendenza da materiali supplementari, lo sfruttamento dell’energia solare liberamente disponibile e la capacità di eseguire il processo a temperatura ambiente e condizioni di pressione. Gli estesi sforzi di ricerca hanno portato allo sviluppo e all'utilizzo di numerosi nanomateriali fabbricati da ossidi e solfuri semiconduttori, applicati efficacemente nell'applicazione fotocatalitica8,9.

Inoltre, anche la comparsa di batteri patogeni nei corpi idrici è un problema mondiale. Recentemente, negli impianti di trattamento delle acque reflue sono stati costantemente identificati agenti patogeni batterici, suggerendo che questi impianti fungono da serbatoi significativi per la proliferazione di vari microrganismi patogeni. Nella letteratura scientifica sono documentate numerose tecniche molecolari per l'identificazione di specie batteriche all'interno di campioni ambientali10,11,12,13.