Micro & Nano Technologies

Particelle Magnetiche Anfifiliche

Nanoparticelle magnetiche anfifiliche per il recupero di idrocarburi e metalli da varie matrici
Davide Moscatelli - Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica "Giulio Natta"

Le particelle magnetiche anfifiliche sono degli aggregati stabili nell’ordine dei micron  di nanoparticelle di magnetite dalle dimensioni comprese tra 1 e 200 nm che, grazie a un innovativo trattamento, sono state dotate di proprietà anfifiliche, sono cioè in grado di disperdersi in soluzioni acquose conservando una certa affinità con sostanze lipofile (es.: idrocarburi, emulsioni, oli e lubrificanti) e mantenendo un’altissima stabilità in acqua anche ad alte temperature, cosa che non avviene per le nanoparticelle magnetiche realizzate fino ad ora.

La stabilità è data dal trattamento di coating al quale è sottoposto il core di materiale ferromagnetico delle nanoparticelle. Il trattamento prevede la presenza contemporanea del composto lipofilo e del composto idrofilo che in fase di reazione ricoprono le nanoparticelle. Il legame che si crea tra la superficie del materiale ferromagnetico e le due sostanze è di tipo covalente. Questo legame garantisce particolare stabilità tra il coating e la nonoparticella. A differenza delle altre nanoparticelle, sviluppate fino ad ora, la superficie è funzionalizzata in maniera completamente casuale dai due composti lipofili-idrofili e questo porta alla formazione di isole idrofiliche e lipofiliche sulla stessa nanoplarticella. A seconda del quantitativo del composto idrofilo, le nanoparticelle sono completamente stabilizzate in acqua (quando i quantitativi sono sopra una certa soglia) o tendono a precipitare e ad aggregare (quando gli stessi non sono sufficienti) mettendo a contatto le isole idrofobiche ed esponendo all’acqua quelle idrofiliche. Il risultato sono delle formazioni di aggregati, in cui le isole idrofobiche sono unite da forze di van der Waals, delle dimensioni massime di 20 micron, caratterizzati da un’altissima area superficiale attiva che garantisce l’adsorbimento di elevate quantità di fasi lipofile, grazie ad un riarrangiamento della struttura degli aggregati in fase di adsorbimento. Inoltre, viste le ridotte dimensioni, tali aggregati rispondono più facilmente ad un campo magnetico e sono quindi più facilmente separabili dalla miscela di reazione o da qualsiasi altra matrice (liquida o solida) in cui vendono introdotte.

Ulteriore vantaggio delle nanoparticelle è il fatto che possono essere riciclate, ovvero riutilizzate mediante lavaggi con opportuni solventi. Le nanoparticelle così lavate possono essere impiegate nuovamente per rimuovere efficacemente gli idrocarburi o qualsiasi altro composto idrofobo o lipofilo da ambienti solidi o liquidi fino almeno al nono lavaggio.

L’invenzione, unica nel suo genere, è oggetto di un brevetto internazionale e rappresenta una svolta nel settore della bonifica dei siti inquinati (suolo e acqua). Infatti, le NPs adsorbono naturalmente i composti inquinanti e, utilizzando un campo magnetico, è possibile allontanarle facilmente dal sito di applicazione che risulta così ripulito dagli inquinanti dispersi e da eventuali residui. Un altro campo applicativo è il recupero di composti dall’alto valore aggiunto (e.g. recupero di petrolio da sabbie bituminose). Le particelle possono essere funzionalizzate per catturare anche composti idrofili e metalli presenti, anche in tracce, in acqua e suolo. Tale tecnologia è stata validata in campo grazie ad una collaborazione con un grosso gruppo industriale. Nel 2016, a valle del brevetto, è stato costituito uno spin-off del Politecnico di Milano: la società Captive Systems S.r.l. La ricerca nel settore prosegue non solo sugli aspetti applicativi e commerciali delle NPs magnetiche ma anche sulla loro ottimizzazione al fine di renderle efficaci nel recupero di diversi inquinanti presenti nell’aria.