Studio comparativo sulla degradazione fotocatalitica della Rodamina B mediante nitruro di carbonio grafitico puro e modificato con chitina

Rhodamine B is a synthetic dye widely used in the textile and tanning industries, but it is also employed in the scientific field, such as in biotechnology or in biological and histological research as a fluorescent tracer. Rhodamine B, like all synthetic dyes, falls under the definition of an emerging contaminant and is therefore capable of interfering with the endocrine system, causing long-term effects on human health and ecosystems; for this reason, emerging contaminants are currently recognized as one of the most critical environmental emergencies. Currently, the known decontamination methods used to degrade these harmful compounds are limited. This thesis work presents an experimental project aiming to develop a new approach to address this problem, one that is functional and as sustainable as possible, avoiding the introduction of additional pollutants into the environment. For this reason, the proposed solution is photocatalysis, a process in which a substance, the photocatalyst, can degrade the pollutant under investigation upon exposure to light, triggering a chemical reaction that breaks the bonds between the molecules of the substance, rendering it harmless. In this project, the photocatalyst used is graphitic carbon nitride (g-C3N4) initially tested as a pure compound and subsequently modified with chitin, a natural biopolymer widely present in nature and mainly extracted from the exoskeleton of crustaceans. The photocatalytic process was carried out using two light sources of different natures, visible light and UV light, to demonstrate which of the two yielded better results. Furthermore, an experiment was conducted using an opal glass support on which the g-C3N4 sample was deposited; this approach is useful to avoid dispersing and wasting the photocatalyst, which, once added to the aqueous solution of Rhodamine B, could no longer be easily separated from it and would therefore have to be disposed of without the possibility of reuse.

La Rodamina B è un colorante sintetico ampiamente utilizzato in ambito tessile e conciario, ma impiegato anche in ambito scientifico, ad esempio nelle biotecnologie o nella ricerca biologica e istologica come tracciante fluorescente. La Rodamina B, come tutti i coloranti sintetici, rientra nella definizione di inquinante emergente ed è in grado quindi di interferire col sistema endocrino provocando effetti a lungo termine sulla salute umana e sugli ecosistemi; per questo motivo, ad oggi, quello degli inquinanti emergenti è riconosciuto come una delle emergenze più importanti. Attualmente, i metodi di decontaminazione conosciuti e usati con lo scopo di degradare questi composti dannosi sono limitati. Questo lavoro di tesi riporta un progetto sperimentale che ha il fine di raggiungere un nuovo approccio per affrontare il problema, che possa essere funzionale e il più sostenibile possibile, evitando di introdurre ulteriori contaminanti nell’ambiente. Per questo motivo la soluzione proposta è la fotocatalisi, un processo naturale in cui una sostanza, il fotocatalizzatore, è in grado di degradare l’inquinante preso in esame a seguito della sua esposizione ai raggi luminosi, innescando una reazione chimica che rompe i legami tra le molecole della sostanza rendendola innocua. Nel progetto, il fotocatalizzatore usato è il nitruro di carbonio grafitico (gC3N4), testato in un primo momento come composto puro e successivamente modificato con della chitina, un biopolimero naturale molto presente in natura ricavato principalmente dall’esoscheletro dei crostacei. Il processo di fotocatalisi è stato realizzato attraverso l’utilizzo di due luci di diversa natura, la luce visibile e la luce UV, col fine di dimostrare quale delle due permettesse di raggiungere risultati migliori. È stato svolto inoltre un esperimento impiegando un supporto di vetro opale su cui è stato depositato il campione di gC3N4; questo approccio è utile per evitare di disperdere e sprecare inutilmente il fotocatalizzatore, che una volta inserito nella soluzione acquosa della Rodamina B non sarebbe più facilmente divisibile da essa e quindi andrebbe smaltito senza possibilità di riutilizzarlo.