The safeguard of natural resources from persistent organic micropollutants. Principles and aspects of photochemical oxidation using titanium dioxide immobilized on inert support: the case of norfloxacin in wastewater. La salvaguardia delle risorse naturali dai microinquinanti organici persistenti. Principi ed aspetti dell'ossidazione fotochimica mediante biossido di titanio immobilizzato su supporto inerte: il caso del norfloxacin nelle acque reflue.

Questo lavoro di tesi ricostruisce, nella sua prima sezione, i motivi che hanno portato all’insorgenza nell'opinione pubblica di una nuova sensibilità rivolta verso il problema dell’esauribilità delle risorse minerarie e, per simpatia, anche verso quelle naturali malgrado apparentemente inesauribili. Questa sensibilità ha indotto gli Stati ad adottare misure legislative obbligatorie volte alla salvaguardia dell'ambiente e a promuovere la ricerca tesa a individuare fonti di inquinamento dovute non solo a sostanze delle quali è nota l’evidenza, ma anche a quelle incluse nel raggruppamento dei prodotti farmaceutici e per la cura della persona (PPCP) per la loro subdola pericolosità ambientale. Molti ricercatori, esaminando i processi convenzionalmente adottati per la depurazione delle acque reflue, hanno rilevato che alcuni PPCP sono dotati di una particolare inerzia chimica che ne impedisce la trasformazione in composti innocui per gli ecosistemi naturali. In una seconda sezione, si riporta la letteratura scientifica che individua, tra altre, la classe dei fluorochinoloni tra i composti che, per la loro inerzia metabolica, vengono escreti tal quali dall'uomo dopo aver svolto la loro azione terapeutica esprimendo in tal modo la loro capacità di interferire pericolosamente con gli ecosistemi acquatici naturali. Infatti, avendo questi composti proprietà antibiotiche, superano indisturbati gli impianti di depurazione civile per essere rilasciati nei corpi idrici naturali accettori. Tra gli effetti ambientali più dannosi si riconosce la modifica della composizione delle popolazioni microbiche naturalmente presenti in quegli ambienti, l’alterazione degli equilibri esistenti tra queste, l’ingresso nella catena alimentare e l'insorgenza di ceppi microbici, anche patogeni, resistenti e la conseguente proliferazione di nuove molecole ad uso terapeutico con effetti ambientali sconosciuti. Nelle sezioni successive, al fine di proporre metodi adeguati a rimuovere queste sostanze dalle acque reflue secondarie, sono stati discussi i fondamenti teorici su cui si basa il processo fotochimico e le modalità di azione delle sostanze fotocatalitiche. In seguito, prendendo in considerazione la struttura e le proprietà e la natura zwitterionica della norfloxacina, un antibiotico fluorochinolonico, la tesi valuta la sua degradabilità fotochimica focalizzando l'attenzione sul pH di reazione, e l'efficacia catalitica del TiO2 immobilizzato sul vetro in confronto con quanto avviene utilizzando il catalizzatore disperso in sospensione nella miscela di reazione, mediante un simulatore solare nel quale l’irraggiamento è ottenuto mediante una lampada ad arco allo xeno emittente nelle regioni dell’ UV−Vis dello spettro elettromagnetico. Inoltre, delle miscele di reazione è stata valutata la tossicità iniziale e residua, mediante il metodo Microtox.

This thesis work reconstructs, in its first section, the reasons that led to the emergence in public opinion of a new sensitivity towards the problem of the exhaustion of mineral resources and, out of sympathy, also towards natural ones despite apparently inexhaustible ones. This sensitivity has led States to adopt mandatory legislative measures aimed at safeguarding the environment and to promote research aimed at identifying sources of pollution due not only to substances of which the evidence is known but also to those included in the grouping of pharmaceutical products. and for personal care (PPCP) for their subtle environmental danger. Many researchers, examining the processes conventionally adopted for the purification of wastewater, have found that some PPCPs have a particular chemical inertness that prevents the transformation into harmless compounds for natural ecosystems. In a second section, the scientific literature is reported which identifies, among others, the class of fluoroquinolones among the compounds which, due to their metabolic inertness, are excreted as such by man after having carried out their therapeutic action, thus expressing their ability to dangerously interfere with natural aquatic ecosystems. Having these compounds with antibiotic properties, they pass undisturbed the civil purification plants to be released in the natural accepting water bodies. Among the most damaging environmental effects, we recognize the modification of the composition of the new microbes naturally present in those environments, the alteration of the balance existing between them, the entry into the food chain and the onset of resistant microbial strains, including pathogens, and the consequent proliferation of new molecules for therapeutic use with unknown environmental effects. In the following sections, to propose suitable methods to remove these substances from secondary wastewater, the theoretical foundations on which the photochemical process is based and the modes of action of the photocatalytic substances were discussed. Then, taking into consideration the structure and properties and the zwitterionic nature of norfloxacin, a fluoroquinolone antibiotic, the thesis evaluates its photochemical degradability by focusing on the reaction pH, and the catalytic efficacy of the TiO2 immobilized on the glass in comparison. with what happens using the catalyst dispersed in suspension in the reaction mixture, employing a solar simulator in which the irradiation is obtained using a xenon arc lamp emitting in the UV–Vis regions of the electromagnetic spectrum. Furthermore, the initial and residual toxicity of the reaction mixtures was evaluated by the Microtox method.