Diagnostica ambientale e tecnologie per l’abbattimento di inquinanti e patogeni

Tecnologie per la determinazione e l’abbattimento di composti potenzialmente tossici in ambienti confinati (indoor) e nelle emissioni.

L’insorgere di patologie acute e croniche nell’uomo è spesso dovuto alla sua prolungata esposizione a composti tossici ed agenti patogeni che avviene in ambienti indoor (quali case, uffici, autoveicoli, treni, aerei, ospedali, capsule spaziali), dove tali inquinanti possono raggiungere concentrazioni molto più elevate che nell’aria esterna, sia a causa della presenza di sorgenti di emissioni intense molto intense, che di una ridotta dispersione nell’ambiente esterno. Questo fenomeno è destinato ad acuirsi nei nuovi edifici ad alta efficienza energetica. Il mantenimento della qualità ambientale in questi ambienti richiede sia lo sviluppo di tecniche di monitoraggio automatiche che quello di sistemi di abbattimento basati su diverse tecnologie, che siano facilmente integrabili tra loro mediante un software integrato in una rete demotica.
L’attività di ricerca riguarda:

Determinazione del Radon
Persona di contatto: Pietro Ragni

Il Radon è un gas radioattivo inodore, incolore, insapore generato dal decadimento dell’Uranio. La sua pericolosità è legata solo agli ambienti chiusi in cui si può accumulare, ove essi siano molto frequentati dai lavoratori. È considerato dal WHO come la seconda causa di induzione del cancro al polmone (dopo il fumo delle sigarette). L’IMC da anni conduce, in osservanza del D.Lg.vo 241 del 26/5/2000, campagne di monitoraggio del Radon indoor nei locali di interesse di vari istituzioni ed organizzazioni di primaria importanza, fra le quali la Camera dei Deputati. È un obbligo dei datori di lavoro far monitorare l’eventuale presenza del radon nei locali interrati e seminterrati.

Rilevatori a elettrete per misurare la concentrazione del Radon

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Determinazione di VOC in ambienti indoor e nelle emissioni
Persona di contatto: Paolo Ciccioli

I VOC sono tutti quei composti organici con tensione di vapore superiore a 0.13 kPa che vengono emessi da sorgenti antropiche e naturali che formati per reazioni fotochimiche. In ambienti confinati, dove l’uomo passa più della metà della sua vita, coesistono molte classi di VOC derivanti da: uso di solventi, deodoranti e detergenti per la pulizia della casa, cottura di cibi, fumo del tabacco, rilascio da materiali plastici e colle e loro trasformazione fotochimica. In ambienti confinati anche piccole sorgenti di VOC possono generare elevate concentrazioni che, in aggiunta ad effetti tossici, possono indurre vari tipi di disturbi percettivi, che conducono ad una patologia indicata come sickness building sindrome (SBS). L’inquinamento indoor da VOC è un problema a livello mondiale che necessita di adeguate tecniche di misura che di tecnologie di rimozione.
L’IMC ha sviluppato una tecnica avanzata per il campionamento di VOC da varie piattaforme (comprese quelle aeree), che si applica non solo all’aria indoor ma anche alle emissioni, che permettere la identificazione di oltre 650 composti combinando l’uso di frammenti ionici selezionati con gli indici di ritenzione cromatografici di Kovats. Adottato da vari Istituti in Italia e nel mondo, ha costituito la base di alcuni metodi US-EPA. Per la calibrazione di VOC, l’IMC ha inoltre sviluppato un sistema di generazione di miscele standard gassose.
L’esperienza decennale maturata dall’IMC nel campo dell’inquinamento da VOC ha portato allo sviluppo, insieme ad un’industria nazionale, di tecnologie di rimozione molto sofisticate, commissionato da ESA per l’abbattimento di VOC in navicelle spaziali a lunga permanenza nel cosmo. In questo ambito collabora con università straniere e partners industriali allo sviluppo di una metodologia per una efficiente conversione di VOC a CO2. Insieme ad una industria nazionale, l’IMC ha sviluppato sistemi di abbattimento di VOC, batteri, muffe e particolato in ambienti indoor, ed in emissioni industriali basato su avanzati sistemi ossidativi.

In alto a sinistra: Sistema di calibrazione VOC. In alto a destra: Trappole e campionatori usati per i VOC. In basso a sinistra: Misura dei VOC con il metodo IMC installato su palloni frenati. In basso a destra: Sistema GC-MS per analisi delle Trappole

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Tecnologie per il rilevamento della presenza di batteri e l’abbattimento di inquinanti nelle acque
L’inquinamento dell’acqua può avere ripercussioni gravi sulla salute umana, alcune competenze dell’IMC sono indirizzate allo sviluppo di tecnologie per rilevare la presenza di batteri e abbattere inquinanti organici nell’acqua.
L’attività di ricerca riguarda quindi:

Rilevamento di batteri nelle acque
Persona di contatto: Cecilia Bombelli

L’attività di ricerca è volta allo sviluppo di liposomi come elementi sensoristici ed è stata oggetto del progetto europeo FP7-SME- 2011 “On-line industrial water quality analysis system for rapid and accurate detection of pathogens” (AQUALITY). In particolare, vengono sviluppati liposomi nei quali le caratteristiche ottiche di cromofori inclusi nel doppio strato lipidico sono sensibili alla riorganizzazione che segue l’interazione con i batteri. La stessa tecnologia è applicabile al rilevamento di batteri in ambienti confinati.

Biorimedio enzimatico di inquinanti organici in acque reflue
Persone di contatto:
Chiara Marcella Polcaro, Enrica Donati

Presso l’IMC è stato messo a punto, in collaborazione con l’IBAF CNR, un metodo di immobilizzazione dell’enzima ligninolitico Laccasi su supporti solidi a basso costo (zeoliti), idonei nel bio-pedo-trattamento di acque reflue dell’agricoltura o scarichi di impianti di depurazione. Il biocatalizzatore, costituito dall’enzima immobilizzato su clinoptilolite, è stato utilizzato con successo per la degradazione di clorofenoli in soluzione acquosa. Inoltre, estratti fungini grezzi contenenti Laccasi sono utilizzati per degradare composti recalcitranti al trattamento batterico (tetracicline) in acqua, con una capacità di degradazione superiore a quella dell’enzima purificato, dovuta alla presenza di “mediatori”.
E’ allo studio l’utilizzo, insieme al biocatalizatore, di prodotti agricoli di scarto, che contengono sostanze fenoliche in grado di funzionare da “mediatori” (o, più propriamente, “enhancers”- “miglioratori”) per l’attività ossidativa della Laccasi.
Il meccanismo di azione dell’enzima Laccasi, isolato da funghi ligninolitici e dei sistemi laccasi-mediatore è stato  approfondito in collaborazione con i colleghi  del Dipartimento di Chimica dell’Università “La Sapienza” di Roma associati all’IMC.

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Personale coinvolto:

Cecilia Bombelli
Donatella Capitani
Paolo Ciccioli (associato)
Francesca D’Acunzo
Enrica Donati
Carlo Galli (associato)
Patrizia Gentili (associato)
Osvaldo Lanzalunga (associato)
Andrea Lapi (associato)
Chiara Marcella Polcaro
Pietro Ragni

 

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Collaborazioni:

IIA-CNR
IBIMET-CNR
ISAFOM-CNR
IVALSA-CNR
IBAF-CNR
IBBA-CNR
DISBA-CNR
Università di Ghent
ESA (European Space Administration)
RIELCO S.r.L.

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Progetti in atto:

Development of a Fibre Degradation Unit (MELiSSA), ESA RFQ/3- 14199/14/NL/AT

Progetto SEMA S.r.L. FILAS Lazio: Sviluppo di un sistema ADECO per la rimozione dei VOC

Progetto Regione Campania BIOQUAR consulenza campionamento ed identificazione VOC tossici emessi da discariche incontrollate

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Pubblicazioni recenti:

Baraldi R., Rapparini F., Facini O., Kemper Pacheco C. J., Matteucci G., Brancaleoni E., Ciccioli P. “Biogenic Volatile Organic Compound Emissions, in: The greenhouse gas balance of Italy: an insight on managed and natural terrestrial ecosystems
Valentini R. and F. Miglietta edrs., Spinger Science, Germany, 2015 pp. 47-60, ISBN 978-3-642-32424-6

Donati E., Polcaro C. M., Ciccioli P., Galli E. “The comparative study of a laccase-natural clinoptilolite-basedcatalyst activity and free laccase activity on model compounds”
Journal of Hazardous Materials 2015, 289, 83–90

Ciccioli P., Centritto M., Loreto F. “Biogenic volatile organic compound emissions from vegetation fires”
Plant, Cell and Environment 2014, 37, 1810–1825

Kemper Pacheco C. J., Fares S., Ciccioli P. “A highly spatially resolved GIS-based model to assess the isoprenoid emissions from key Italian ecosystems”
Atmospheric Environment 2014, 96, 50-60

Brilli F., Gioli B., Ciccioli P., Zona D., Loreto F., Janssens I. A., Ceulemans R. “Proton Transfer Reaction Time-of-Flight Mass Spectrometric (PTR-TOFMS) determination of volatile organic compounds (VOCs) emitted from a biomass fire developed under stable nocturnal conditions”
Atmospheric Environment 2014, 94, 117-125

Lusini I., Pallozzi E., Corona P., Ciccioli P., Calfapietra C. “Novel application of a combustion chamber for experimental assessment of biomass burning emission”
Atmospheric Environment 2014, 94, 117-125

Ragni P.
Misure del radon indoor per la protezione dalle radiazioni: il caso della Camera dei deputati
Gazzetta Ambiente 2012 , 2, 122-130

Ragni P.
Environmental Protection, indoor radon measurement: the case of the Italian Parliament
In atti “Towards the UN Conference Rio + 20” (Kyiv -UA- 26-27 April 2012) 104-107

Donati E., Polcaro C.M., Tiso N., Galli E. “Oxytetracycline and Epi-oxytetracycline degradation by enzymatic crude extract from Lentinula edodes.
Proceedings of the 5th European Bioremediation Conference, July 4-7, 2011, Chania, Crete, Greece, ID050.

D’Acunzo F.; Galli C.; Gentili P.; Sergi F. “Mechanistic and steric issues in the oxidation of phenolic and non-phenolic compounds by laccase or laccase-mediator systems. The case of bifunctional substrates.”
New Journal of Chemistry 2006, 30, 583-591

Ragni P., Angelini G., Horn Orni R.
La campagna di monitoraggio del radon presso la Camera dei deputati
Pubblicazione Segreteria Generale della Camera dei deputati, 1998