Circular Nanomanufacturing: Converting Biomass Residues into Value-added Materials

Questa tesi ha come scopo lo sviluppo di materiali funzionali a partire da biomassa residua—lignine tecniche, biomassa agricola e chitina da scarti ittici—per applicazioni nel campo della purificazione delle acque, del rilascio controllato di micronutrienti in ambito agricolo e di film sostenibili. Nanoparticelle di lignina (LNPs) ottenute con metodologie fisiche sono state impiegate nel trattamento delle acque, raggiungendo il 98% di rimozione del colorante modello blu di metilene per adsorbimento e il 98% per fotodegradazione. È stata sviluppata una piattaforma biobased per il trasporto di micronutrienti combinando nanoparticelle di silice mesoporosa (MSNPs) da lolla di riso con la frazione solubile in acetone di lignina kraft (ASKL), ottenendo compositi MSNPASKL; il caricamento di Cu(II) e il suo rilascio pH-dipendente sono stati modulati controllandone la composizione e la metodologia di preparazione. È stato possibile caricare fino a 0,16 g di Cu²⁺ per g di lignina su questi compositi. Il rilascio di Cu(II) avviene mediante cinetiche limitate dalla diffusione nel range di pH 7-8, di interesse agronomico. Microcapsule ottenute da lignosolfonato di gimnosperme (SLS), assemblate con ultrasuoni, sono state confrontate con microcapsule ibride SLS-acido tannico (SLS-TA), preparate con la stessa metodologia: popolazioni con D50 ≈ 0,50 μm e con una distribuzione dimensionale più ristretta indicano microcapsule più coese nei sistemi con TA e cinetiche di rilascio compatibili con una rete idratata viscoelastica. Nanocristalli di chitina (ChNCs) isolati da chitina di gambero sono stati utilizzati per preparare film in cui il glicerolo agisce da plastificante e l’acido tannico ne modula l’autoassemblaggio inducendo gelazione e soppressione dell’ordine nematico chirale. La deacetilazione superficiale ha prodotto nanocristalli di chitina deacetilati in superficie (CsNCs) con grado di deacetilazione modulabile (≈25-75%), che altera le interazioni colloidali e porta alla formazione di morfologie lamellari alternative. Nel complesso, questa tesi mette in luce relazioni struttura-interazione-trasporto utili per guidare la progettazione di materiali da biomassa per svariate applicazioni.