Introduzione Ridurre i rifiuti inorganici e riciclarli nella produzione di materiali da costruzione comuni è diventata una sfida globale nell'ottica di un'economia circolare e di un'edilizia sostenibile. Gli impatti economici dei prodotti ottenuti con una grande quantità di sottoprodotti industriali o rifiuti inorganici inerti dovrebbero aiutare a combattere questo problema. Il coinvolgimento di stakeholder con background diversi è un fattore chiave del processo, come nel progetto UE: FLOW "Lightweight alkali activated composite foams based on secondary raw materials". Nel progetto erano coinvolti i produttori di rifiuti inerti in forma di scorie metallurgiche provenienti da Slovenia e Finlandia e lana di roccia a fine vita (cioè materiale nei pannelli isolanti) interessati alla realizzazione di pannelli isolanti, compositi e malte per materiali da costruzione sostenibili. Il presente studio si concentra sulla formulazione, tramite consolidamento per via chimica a freddo, di nuovi prodotti da costruzione formulati su 100% in peso di scorie metallurgiche o di 100% lana di roccia da C&DW [1]. Lo studio è completato da test di rilascio in ambiente acquoso secondo normativa europea EN 12457 e da un’indagine sull'impatto bio-ambientale tramite la valutazione delle proprietà antibatteriche con ceppi Gram-positivi e Gram-negativi e della citotossicità su linee cellulari di fibroblasti murini. Materiali e metodi Preparazione dei materiali Le scorie metallurgiche da Slovenia e Finlandia e le polveri da lana di roccia di pannelli sono state mescolate a una quantità di silicato di sodio in rapporti in peso differenti (vedi figura 1, a) e, alcuni, sono stati attivati di fibre. La miscela di polveri e soluzione alcalina ha prodotto delle paste colabili alle quali sono state date le forme di dischi piccoli di 5-6 mm di diametro e 3 mm di spessore per il test di citotossicità. I dischetti sono stati consolidati in camera termica per 3 giorni a 70°C per sviluppare un'adeguata resistenza meccanica, tali da essere manipolati. Caratterizzazione dei materiali La capacità di lisciviazione di metalli pesanti di tutti i campioni è stata effettuata secondo la norma europea EN 12457, frantumando i campioni e ponendoli in acqua. Una volta completato il test di lisciviazione (24 h a 25°C), nell’eluato è stata determinata la concentra-zione di ioni di metalli pesanti con una combinazione di ICP-OES e ICPMS. I test per le prove antibatteriche sono stati eseguiti su colonie di batteri Gram-positivi e Gram-negativi (E. coli, P. aeruginosa, E. faecalis, S. aureus) e su colture cellulari di fibroblasti murini per 24 o 48 ore, secondo procedura [2]. Risultati e discussione La struttura atomica e il legame dei gel attivati da alcali sono responsabili della stabilità del reticolo di alluminosilicato, nonché dei fenomeni di degradazione macroscopica, e quindi influenzano anche l'impatto ambientale sugli organismi viventi e sulle cellule. Da questo studio si è concluso che le scorie più ricche in MgO danno luogo a materiali ad attivazione alcalina a maggiore attività antimicrobica contro E. coli rispetto agli altri ceppi. Al contrario, i materiali prodotti da scorie più ricche in CaO si sono mostrati più efficaci contro i batteri Gram-negativi rispetto ai batteri Gram-positivi, mentre nessuna attività antibatterica è stata registrata per i materiali a base di lana di roccia. I risultati delle prove di citotossicità hanno rivelato che nessuna delle dosi utilizzate ha indotto cambiamenti morfologici cellulari e non ha interferito con il metabolismo mitocondriale. I risultati dell'antibatterico e della citotossicità possono essere correlati con il test di lisciviazione. Il materiale ricco in MgO proviene da una scoria che presenta il rilascio di cromo maggiore rispetto alle altre composizioni, mentre quella ricca in CaO presenta valori superiori di Cu e Zn, seppur rimanendo a livelli di concentrazione in acqua inferiori al limite di legge. Il rilascio di tali ioni può, in effetti, giustificare le attività antimicrobica contro E. coli. Il risultato finale è la presentazione di un prodotto sicuro e performante completamente caratterizzato in termini di lisciviazione dei metalli pesanti e proprietà antibatteriche. Figura 1. Formulazioni dei materiali trattati (a) e risultati delle prove di rilascio secondo normativa europea EN 12457 (b). Bibliografia [1] C. Sgarlata, G. Dal Poggetto, F. Piccolo, M. Catauro, K. Traven, M. Češnovar, H. Nguyen, J. Yliniemi, L. Barbieri, V. Ducman, I. Lancellotti, C. Leonelli, Frontiers in Materials, in revisione, giugno 2021. [2] M. Catauro, F. Barrino, G. Dal Poggetto, G. Crescente, S. Piccolella, S. Pacifico, Materials, 12, 148, (2019).

Il rilascio e l’impatto ambientale di geopolimeri a base di scorie metallurgiche e lana di roccia a fine vita

Michelina Catauro;
2021

Abstract

Introduzione Ridurre i rifiuti inorganici e riciclarli nella produzione di materiali da costruzione comuni è diventata una sfida globale nell'ottica di un'economia circolare e di un'edilizia sostenibile. Gli impatti economici dei prodotti ottenuti con una grande quantità di sottoprodotti industriali o rifiuti inorganici inerti dovrebbero aiutare a combattere questo problema. Il coinvolgimento di stakeholder con background diversi è un fattore chiave del processo, come nel progetto UE: FLOW "Lightweight alkali activated composite foams based on secondary raw materials". Nel progetto erano coinvolti i produttori di rifiuti inerti in forma di scorie metallurgiche provenienti da Slovenia e Finlandia e lana di roccia a fine vita (cioè materiale nei pannelli isolanti) interessati alla realizzazione di pannelli isolanti, compositi e malte per materiali da costruzione sostenibili. Il presente studio si concentra sulla formulazione, tramite consolidamento per via chimica a freddo, di nuovi prodotti da costruzione formulati su 100% in peso di scorie metallurgiche o di 100% lana di roccia da C&DW [1]. Lo studio è completato da test di rilascio in ambiente acquoso secondo normativa europea EN 12457 e da un’indagine sull'impatto bio-ambientale tramite la valutazione delle proprietà antibatteriche con ceppi Gram-positivi e Gram-negativi e della citotossicità su linee cellulari di fibroblasti murini. Materiali e metodi Preparazione dei materiali Le scorie metallurgiche da Slovenia e Finlandia e le polveri da lana di roccia di pannelli sono state mescolate a una quantità di silicato di sodio in rapporti in peso differenti (vedi figura 1, a) e, alcuni, sono stati attivati di fibre. La miscela di polveri e soluzione alcalina ha prodotto delle paste colabili alle quali sono state date le forme di dischi piccoli di 5-6 mm di diametro e 3 mm di spessore per il test di citotossicità. I dischetti sono stati consolidati in camera termica per 3 giorni a 70°C per sviluppare un'adeguata resistenza meccanica, tali da essere manipolati. Caratterizzazione dei materiali La capacità di lisciviazione di metalli pesanti di tutti i campioni è stata effettuata secondo la norma europea EN 12457, frantumando i campioni e ponendoli in acqua. Una volta completato il test di lisciviazione (24 h a 25°C), nell’eluato è stata determinata la concentra-zione di ioni di metalli pesanti con una combinazione di ICP-OES e ICPMS. I test per le prove antibatteriche sono stati eseguiti su colonie di batteri Gram-positivi e Gram-negativi (E. coli, P. aeruginosa, E. faecalis, S. aureus) e su colture cellulari di fibroblasti murini per 24 o 48 ore, secondo procedura [2]. Risultati e discussione La struttura atomica e il legame dei gel attivati da alcali sono responsabili della stabilità del reticolo di alluminosilicato, nonché dei fenomeni di degradazione macroscopica, e quindi influenzano anche l'impatto ambientale sugli organismi viventi e sulle cellule. Da questo studio si è concluso che le scorie più ricche in MgO danno luogo a materiali ad attivazione alcalina a maggiore attività antimicrobica contro E. coli rispetto agli altri ceppi. Al contrario, i materiali prodotti da scorie più ricche in CaO si sono mostrati più efficaci contro i batteri Gram-negativi rispetto ai batteri Gram-positivi, mentre nessuna attività antibatterica è stata registrata per i materiali a base di lana di roccia. I risultati delle prove di citotossicità hanno rivelato che nessuna delle dosi utilizzate ha indotto cambiamenti morfologici cellulari e non ha interferito con il metabolismo mitocondriale. I risultati dell'antibatterico e della citotossicità possono essere correlati con il test di lisciviazione. Il materiale ricco in MgO proviene da una scoria che presenta il rilascio di cromo maggiore rispetto alle altre composizioni, mentre quella ricca in CaO presenta valori superiori di Cu e Zn, seppur rimanendo a livelli di concentrazione in acqua inferiori al limite di legge. Il rilascio di tali ioni può, in effetti, giustificare le attività antimicrobica contro E. coli. Il risultato finale è la presentazione di un prodotto sicuro e performante completamente caratterizzato in termini di lisciviazione dei metalli pesanti e proprietà antibatteriche. Figura 1. Formulazioni dei materiali trattati (a) e risultati delle prove di rilascio secondo normativa europea EN 12457 (b). Bibliografia [1] C. Sgarlata, G. Dal Poggetto, F. Piccolo, M. Catauro, K. Traven, M. Češnovar, H. Nguyen, J. Yliniemi, L. Barbieri, V. Ducman, I. Lancellotti, C. Leonelli, Frontiers in Materials, in revisione, giugno 2021. [2] M. Catauro, F. Barrino, G. Dal Poggetto, G. Crescente, S. Piccolella, S. Pacifico, Materials, 12, 148, (2019).
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