MATERIALE COMPOSITO A BASE DI LIGNINA E ORGANOSILOSSANI, RIVESTIMENTO IBRIDO COMPRENDENTE TALE MATERIALE COMPOSITO, METODO DI PRODUZIONE DI TALE RIVESTIMENTO E USO DI RIVESTIMENTO NELLA RIMOZIONE DI INQUINANTI DA SOLUZIONI ACQUOSE

The invention describes an innovative chemical process for the preparation of composite materials having photocatalytic properties, intended for use in the removal of organic pollutants from aqueous environments. The method is based on the polymerization of organosiloxanes induced by lignin, a sustainable biomaterial derived from lignocellulose biomass, and comprises the solubilization of lignin in low-molecular-weight polyethyleneglycol (PEG), the addition of the resulting lignin solution to a mixture of organosiloxane liquids terminated with hydride and vinyl groups, the dispersion of photocatalytic TiO₂ nanoparticles in said solution, and the deposition of the resulting mixture onto glass substrates. The described method has been developed without the use of compounds based on precious metals, such as platinum-based catalysts typically employed for the polymerization of organosiloxanes, nor of organic solvents or other toxic components. The lignin-polysiloxane hybrid material thus obtained enables the adsorption and photocatalytic degradation of cationic and neutral organic dyes within the porous structure of the solid. In particular, The lignin performs a dual function: (1) it promotes the polymerization reactions required to obtain the solid composites by undergoing dehydrogenation and hydrosilylation reactions with organosiloxanes, and (2) it favors the physisorption of organic dyes both through electrostatic interactions with the target species and by increasing the active surface area of the composite, to which it imparts a porous morphology. The composite thus designed and supplemented with TiO₂ nanoparticles can exploit a synergistic mechanism: lignin enables efficient physisorption of organic dyes, while the incorporated TiO₂ nanoparticles exert photocatalytic degradation under solar irradiation. This combination of effects results overall in a high removal efficiency of aqueous contaminants, with a consequent increase in treatment efficiency in terms of dye degradation. The photocatalytic performance of the resulting composites has been tested and validated on aqueous solutions of model organic pollutants, such as methylene blue and rhodamine B. The system is applicable in glass photocatalytic reactors, continuous-flow modules, and solar-powered treatment units based on heterogeneous catalysis. Its use may also be extended to other organic pollutant molecules, pharmaceuticals, and biological targets.

L’invenzione descrive un processo chimico innovativo di preparazione di materiali compositi dotati di proprietà fotocatalitiche, da impiegare per la rimozione di inquinanti organici da ambienti acquosi. Il metodo comprende la polimerizzazione di organosilossani indotta dalla lignina, biomateriale sostenibile derivato da biomassa lignocellulosica, tramite solubilizzazione della lignina in PEG a basso peso molecolare, aggiunta della soluzione di lignina a una miscela di organosilossani liquidi terminati con gruppi idruro e vinile, dispersione di nanoparticelle fotocatalitiche di TiO₂ nella suddetta soluzione e la deposizione della miscela su substrati di vetro con conseguente solidificazione del composito. Il metodo descritto è stato sviluppato senza l’ausilio di composti a base di metalli preziosi, come i catalizzatori a base di platino tipicamente usati per la polimerizzazione degli organosilossani nè di solventi organici o di altre componenti tossiche. Il materiale ibrido lignina–polisilossano così ottenuto permette l’adsorbimento e la degradazione fotocatalitica di coloranti organici cationici e neutri all’interno della struttura porosa del solido. Nello specifico, la lignina svolge una funzione duplice: 1) promuove le reazioni di polimerizzazione necessarie ad ottenere i compositi solidi dando luogo a reazione di deidrogenazione con gli organosilossani, e 2) favorisce il fisisorbimento dei coloranti organici sia tramite interazioni elettrostatiche con le specie target sia aumentando l’area attiva del composito a cui conferisce una morfologia porosa. Il composito così progettato e addizionato di nanoparticelle di TiO₂ può sfruttare un meccanismo sinergico: la lignina consente un’efficiente fisisorbimento dei coloranti organici, mentre le nanoparticelle di TiO₂ incorporate esercitano l’azione di degradazione fotocatalitica sotto illuminazione solare. Questa combinazione di effetti determina complessivamente un’elevata resa di rimozione dei contaminanti acquosi con conseguente incremento dell’efficienza di trattamento in termini di degradazione dei coloranti. Le prestazioni fotocatalitiche dei compositi risultanti sono state testate e validate su soluzioni acquose di inquinanti organici modello, quali blu di metilene e rodamina B. Il sistema è applicabile in reattori fotocatalitici in vetro, moduli a flusso continuo e unità di trattamento alimentate da energia solare che sfruttano la catalisi eterogenea. Il suo utilizzo può essere esteso anche ad altre molecole organiche inquinanti, farmaci e target biologici.