L'uso di enzimi, come le laccasi, che presentano un¿alta capacità ossidativa e una bassa specificità di substrato, ha suscitato un notevole interesse negli ultimi decenni. Tuttavia la sua applicazione, nella forma libera/solubile, è limitata dalla bassa stabilità e dall¿elevato costo di esercizio, dovuto all¿impossibilità di recuperare l¿enzima. A tal fine negli ultimi decenni si è sviluppata una ampia ricerca sulla tecnica di immobilizzazione dei biocatalizzatori in modo da poterli utilizzare in vari processi in modo più economico, pratico e di facile automazione. Questi reattori ad enzima immobilizzato (IMER) possono essere un valido aiuto soprattutto nello sviluppo di processi ¿in continuo¿ e possono essere facilmente applicati in problematiche di tipo alimentare, farmaceutico, ambientale ed in processi stereochimici.
Nella presente ricerca si intende sfruttare la natura glicoproteica della laccasi, avente gruppi di carboidrati covalentemente legati che vanno dal 10-50% del peso totale, per l¿immobilizzazione su un supporto di silice-chitosano. A tal fine sarà necessario effettuare una previa ossidazione dei carboidrati con periodato e successiva dialisi per l¿eliminazione dell¿ossidante non reagito. Il biocatalizzatore messo successivamente in una colonnina sarà utilizzato in un processo ¿in continuo¿ per la rimozione dei fenoli nelle acque.
Lo sversamento nelle acque di composti fenolici, che non hanno subito trattamenti di rimozione, può comportare gravi rischi per la salute di esseri umani, animali e per l¿ambiente. Sono state proposte diverse tecniche per l¿eliminazione di tali composti, quali i metodi convenzionali, che prevedono processi di distillazione, adsorbimento, estrazione e ossidazione chimica, tuttavia questi presentano diversi svantaggi nella rimozione dei fenoli dalle acque reflue quali costi elevati, rimozione incompleta, formazione di sottoprodotti pericolosi, bassa efficienza e applicabilità a gamme di concentrazioni limitate (1).
A causa dei loro punti deboli, le attuali tecnologie di trattamento delle acque reflue sono considerate inefficace nella rimozione completa degli inquinanti, in particolare della materia organica. In molti casi,infatti, i fenoli sono resistenti ai metodi di trattamento convenzionali, per questo motivo sono stati sviluppati dei processi avanzati di ossidazione (AOPs) che costituiscono un promettente metodo alternativo di trattamento delle acque reflue. I processi di ossidazione avanzata (AOPs), utilizzano una combinazione di agenti ossidanti (H2O2 o O3), irradiazione (Uv o ultrasuoni) e catalizzatori (ioni metallici o fotocatalizzatori) per portare alla formazione di radicali idrossilici, i quali sono ossidanti molto forti e tra le tecniche più utilizzate si hanno i processi di Fenton, ozonizzazione, trattamento fotochimico, trattamento UV/H2O2 e la fotocatalisi. Nonostante la grande efficienza degli AOPs, questi presentano un costo operativo relativamente alto a causa dell¿uso di reagenti chimici costosi, un aumento del consumo energetico e la formazione di intermedi sconosciuti che in alcuni casi potrebbero risultare più tossici dei composti di partenza (3). Questi svantaggi influenzano i criteri per la scelta di un processo di rimozione che sono l¿efficacia e l¿economicità. Il primo parametro rappresenta il grado di rimozione del composto che si intende seguire, ed è fondamentale rispettare i termini legislativi esistenti. Una volta stabilito quali processi siano in grado o meno di raggiungere lo scopo prefissato, a parità di efficienza, è l¿economicità, ovvero il secondo parametro ,che influenza la scelta. Quindi una valida alternativa ai trattamenti convenzionali e agli AOPs potrebbe essere l¿utilizzo di biocatalizzatori, come ad esempio gli enzimi, che presentano diversi vantaggi potenziali quali l¿ applicazione a composti biorefrattari; la capacità di operare ad alte e basse concentrazioni di contaminante e su un ampio intervallo di pH, temperatura e salinità; l¿assenza di ritardi associati all'acclimatazione di biomassa; la riduzione del volume dei fanghi e la facilità e la semplicità di controllo del processo (4). Numerosi sono gli enzimi proposti, come le perossidasi e/o le fenolossidasi, che possono agire su specificici inquinanti recalcitranti mediante la trasformazione in altri prodotti o la precipitazione, permettendo così un trattamento migliore (5). Le laccasi, ad esempio, sono delle ossidasi che catalizzano l¿ossidazione di composti fenolici con concomitante riduzione dell¿ossigeno in acqua. Tali enzimi sono coinvolti in vari processi biosintetici: contribuiscono al riciclaggio del carbonio negli ecosistemi terrestri e alla morfogenesi delle biomatrici, quindi i fenoli a basso peso molecolare sono i substrati enzimatici chiave delle laccasi.
1) I.H. Dakhil, Removal Of Phenol From Industrial Wastewater, Using Sawdust, Int. J. Eng. .Sci., 2013, 3, 25-31
2) A.S. Stasinakis, Use of selected advanced oxidation processes (AOPs) for wastewater treatment ¿ A mini review,¿Global Nest J. 2008, 10, 376-385
3) L. G. Cordova Villegas, N. Mashhadi, M. Chen, D. Mukherjee, K E. Taylor, N Biswas, A Short Review of Techniques for Phenol Removal from Wastewater, Curr.Poll. Rep. 2016, 2,157-167
4) J. Karam, J. A. Nicell, Potential Applications of Enzymes in Waste Treatment, J.Chem. Tech. Biotechnol. 1997, 69, 141-153
5) N. Durán, E. Esposito, Potential applications of oxidative enzymes and phenoloxidase-likecompounds in wastewater and soil treatment: a review, Appl. Catal. B: Environ. 28 (2000) 83¿99